122
Eindhoven University of Technology MASTER A multi echelon safety stock setting procedure using simulation coping with supply and demand uncertainties in the animal health industry Teunissen, B. Award date: 2009 Disclaimer This document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Student theses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the document as presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the required minimum study period may vary in duration. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Download date: 05. Jun. 2018

Eindhoven University of Technology MASTER A multi echelon ... model resembles the MRP planning ... model was created by using the software tool Rockwell Arena 12.0. This simulation

Embed Size (px)

Citation preview

Eindhoven University of Technology

MASTER

A multi echelon safety stock setting procedure using simulation

coping with supply and demand uncertainties in the animal health industry

Teunissen, B.

Award date:2009

DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

Download date: 05. Jun. 2018

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

i  

Eindhoven, November 2009 

BSc Industrial Engineering & Management Sciences TU/e (2006) Student identity number 0538621 

  

 in partial fulfilment of the requirements for the degree of 

 Master of Science 

in Operations Management and Logistics 

Supervisors: Prof.Dr.Ir. J.C. Fransoo, TU/e, OPAC Ir.Dr. S.D.P. Flapper, TU/e, OPAC Ir. J.T.F. Wijdeven, Intervet / Schering‐Plough Animal Health 

A  Multi  Echelon  Safety  Stock  Setting Procedure using Simulation: Coping with Supply and Demand Uncertainties  in the Animal Health Industry  by Boj Teunissen 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

ii  

TUE. Department Industrial Engineering & Innovation Sciences Series Master Theses Operations Management and Logistics   Subject headings: safety stock, multi‐echelon, simulation, supply uncertainty, demand uncertainty, pharmaceuticals, biologics, pharmaceutical industry 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

iii  

I.  ABSTRACT  This Master Thesis describes the development of a simulation model with which safety stock  levels can be determined  that cover demand and supply uncertainty  in multi echelon  inventory systems, specific for  Intervet  /  Schering‐Plough  Animal Health  supply  chains.  The model  resembles  the MRP  planning system at Intervet / S‐P A.H. and can be used to determine the necessary safety stock  levels to reach a desired  service  level.  The  objective  is  to minimize  the  total  average  inventory  costs.  An  important constraint  is  the  desired  service  level, which  is  based  on  the  average  Backlog.  The  simulation  study shows  that signification cost  reductions can be achieved by  improving  the safety stock allocation over the controlled stock points and that demand uncertainty has relatively more  impact  in pharmaceutical supply  chains  and  supply  uncertainty  in  biological  supply  chains. Moreover,  the  results  indicate  that improving  the  forecast  accuracy  results  in  the  largest  inventory  cost  reduction  compared  to  other uncertainty reductions.  

    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

iv  

II.  PREFACE The report you are about to read  is the result of my graduation project  in completion of the Master of Science degree in Operations Management and Logistics at the Eindhoven University of Technology. This report symbolizes the end of a very  important and pleasurable phase  in my  life and the start of a new chapter in my life.   The  graduation  project was  carried  out  from  June  2009  till November  2009 within  the  Supply  Chain Management department of  Intervet  / Schering Plough Animal Health  in Boxmeer.  I am  very grateful that I was able to experience working in such an interesting environment. I have enjoyed working on this project and have learnt very much.   I would  like  to use  this opportunity  to  thank everyone who has  supported me during  this graduation project.  First,  I  would  like  to  thank  Joop Wijdeven  for  offering me  this  intern  position  and  for  his guidance and advice throughout the entire project. His conceptual thinking and sincere  interest  in this project  are  essential  for  the  final  result of  this project. Moreover,  I would  like  to  express my  special thanks to Professor  Jan Fransoo. The constructive  feedback and remarks during our pleasant meetings always encouraged me to take my graduation project to a higher level. I would also like to thank him for continuously showing his confidence in me during the project.   I would also like to thank Simme Douwe Flapper for his critical remarks and objective view on my work. Moreover,  I would  like  to  thank  him  for  his  enthusiasm  and willingness  in  supporting me whenever necessary, although he was my second supervisor. Furthermore, I would like to thank Youssef Boulaksil for his support and help, although he was not officially my supervisor. Moreover, there are two young talented  employees within  the  Supply  Chain Management  department who  have  challenged me  and helped me continuously.  I am extremely happy that Joris Meijs and Anton Hennink were willing to give me the necessary support during my project. I would  like to pass along my sincere thanks to my fellow student and  friend Remco Lassche as well  for sharing his modeling expertise with me and helping me during my graduation project.  Last but not least, I would like to thank my family and friends for showing their interest and support. In particular I thank my parents, my brother and especially Funda Roes for supporting me, believing in me and always being there for me.    Boj Teunissen  Eindhoven, November 2009    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

v  

III.  MANAGEMENT SUMMARY INTRODUCTION 

This Master  thesis  is  the  result of  the  final phase of  the Master’s Study Operations Management and Logistics at the Eindhoven University of Technology and is based on the research project conducted for a Pharmaceutical multinational called  Intervet  / Schering‐Plough Animal Health  located  in Boxmeer,  the Netherlands.  The  Supply  Chain Management  department  of  Intervet  /  S‐P A.H.  initiated  this  project, since some inventory management aspects (e.g. safety stock target setting, performance measurement) have not yet been based on quantitative analyses. Quantitative models are needed to determine what the benefit (e.g. cost savings,  inventory reduction, service  level improvement)  is of  implementing these quantitative models compared to the current situation. Therefore, the following problem definition was formulated:  

 

Provide quantitative insight in which inventory management methods / approaches should be taken into account to reach an external service level against minimal inventory costs 

 

We have developed an inventory management framework which distinguishes three different inventory types  (i.e. Cycle  Stock, Work  In Process and  Safety  Stock) and  various optimization methods  for each inventory  type. However,  the  scope of  this  research project was  limited  to make  the project  feasible within  the available  timeframe. Therefore,  this project only  focuses on one particular  inventory  type, namely Safety Stocks, which  is  the amount of  inventory kept on hand  to deal with  the uncertainty of demand  and  the  uncertainty  of  supply  in  the  short  run  (Silver  et  al.,  1998).  The  following  specific research question was formulated:   

What is the impact of the different uncertainty factors on the safety stock levels and what is the optimal safety stock level at the various stock points to reach the service level against minimal inventory costs? 

 

To  answer  this  research  question  one  of  the  inventory  optimization  methods  from  the  inventory management  framework, namely  the multi  echelon  safety  stock model, was  developed. Moreover,  a service level definition was formulated and a measure based on the average Backlog was created.   To further narrow the scope, we have selected one pharmaceutical and one biological product and taken batch  sizes  as  given  and  capacity  as  unrestricted.  Furthermore,  we  have  only  investigated  the manufacturing site Boxmeer.   

METHODOLOGY 

The research model developed by Mitroff et al.(1974)  is used as a guideline for this research project to both  improve  the  current  situation at  Intervet  /  S‐P A.H. and  to extent  the  research  in  the academic literature  on  the  topic  of  inventory  management  (i.e.  safety  stock  optimization  in  particular).  The research model  contains  four main  phases,  namely  conceptualization, modeling, model  solving  and implementation.  Prior  to  these  phases,  we  went  through  an  orientation  phase,  in  which  we  got acquainted with the organization and the research question was created.  During  the conceptualization phase  the  input parameters  for  the safety stock model were determined and calculated. Data  is gathered  from  the SAP database and by  interviews.  In  the modeling phase we have  developed  a mathematical model which  includes  the  objective  function,  the  constraints  and  a mathematical description of the working of the model. Based on this mathematical model, a simulation model was created by using the software tool Rockwell Arena 12.0. This simulation model resembles the current MRP planning  system at  Intervet  / S‐P A.H. and  is used  to generate  the  results  to answer  the research question.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

vi  

The research question  is divided  into several sub questions and these questions were answered by the results obtained from the simulation study conducted during the model solving phase. Finally, during the implementation phase the conclusions were drawn and recommendations were given. Moreover, these results, conclusions and recommendations were presented during several presentations at Intervet / S‐P A.H.   RESULTS 

The results of this research project showed that an improved safety stock allocation results in a decrease of  the average  total  inventory  in  the  supply chain of $236,786.37  (27.2%) and 376,494.42  (7.92%)  for respectively the pharmaceutical and biological supply chain.   Increasing the service  level  from the desired 98% to 99%  is reached by an  increase of the safety stock costs of $218,349.99 (80%) and $723,688.42 (35.63%) at mainly the FPP stock point.  The  necessary  safety  stock  to  reach  the  desired  service  level  when  only  demand  uncertainty  is incorporated  in the model  is equal to $150,456.99 and $1,144,207.80, whereas this  is $127,624.43 and 1,443,740.73 when  the  supply uncertainty  factors  are  incorporated.  This  indicates  that  there  is more safety stock necessary for demand uncertainty in the pharmaceutical supply chain, whereas for biological supply chains there is more safety stock necessary for the combined supply uncertainties.  The results show that improving the forecast accuracy to the desired level of 65% results in a higher cost reduction  than  decreasing  the  individual  supply  uncertainty  factors.  The  most  affective  supply uncertainty  improvement  is  improving the MRP planning  lead time correctness.  Improving the forecast accuracy and  improving  the MRP planning  lead  time  correctness  result  in a decrease  in average  total inventory of  respectively $109,365.62  (17.26%) and $36,337.19  (5.73%)  for  the pharmaceutical  supply chain and respectively $515,906.26 (11.75%) and $245,971.71 (5.62%) for the biological supply chain.   However,  these  results  should be analyzed  carefully,  since  the  required  capacities are assumed  to be unrestricted.  The  proposed  cost  reductions  are  therefore  an  upper  bound  of  the  potential  cost reduction. When  incorporating  the capacity constraints  in  the model,  the  results might  turn out  to be lower compared to the results from this research project.    CONCLUSIONS 

The results obtained during this research project gave rise to the following main conclusions:   ‐ The  developed multi  echelon  safety  stock model  out  performs  the  current  single  echelon  safety 

stock  setting  rules. A considerable cost  reduction,  realized by a decrease  in  safety  stock and  total inventory in the supply chain, while still reaching the desired service level is possible.   

‐ Increasing  the  service  level  to  almost  one  hundred  percent  results  in  an  extreme  increase  in inventory costs primarily at the FPP stock point and this cost increase is many times higher than the Backlog reduction realized by this performance improvement.  

 ‐ The safety stock and average  total  inventory  in  the pharmaceutical supply chain  is  relatively more 

affected by demand uncertainty, whereas the combined supply uncertainties, lead time variability in particular have relatively more impact on these inventories in the biological supply chain.  

 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

vii  

‐ Work In Process is almost only affected by supply uncertainty and by especially lead time variability.   

‐ Improving  forecast  accuracy  (i.e.  reducing  demand  uncertainty)  and  increasing  MRP  lead  time correctness result in the largest inventory cost reduction.  

  

IMPLICATIONS 

The  results of  this  study have  impact on both  science and business. First of all, during  this  research a multi echelon safety stock model was created to determine the safety stock allocation, while coping with various supply uncertainties and demand uncertainty.  Moreover, the quantitative analysis of the impact of the various uncertainty factors in the pharmaceutical industry has not been conducted in this setting.   Moreover,  this  study  indicates  that  safety  stocks  should be  allocated  at  the more downstream  stock points  in  the  supply  chain  to  decrease  inventory  costs while  reaching  the  desired  service  level.  The investigation of the  impact of the various uncertainty factors on the total  inventory  in the supply chain can  help  organizations  to  prioritize  their  future  improvement  programs  and  research.  The  research indicates  that  demand  uncertainty  has  relatively more  impact  in  pharmaceutical  supply  chains  and supply uncertainty has  relatively more  impact  in biological  supply chains. Furthermore, a clear  service level definition has been  formulated and  this service  level can be calculated and used  throughout  the organization. Using the simulation model will result in a reduction of the total inventory costs. However, the model cannot be used for seasonal products, since a stationary demand is assumed.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

viii  

IV.  TABLE OF CONTENTS

1  INTRODUCTION ........................................................................................................................... 1 

2  COMPANY DESCRIPTION (ORIENTATION) ................................................................................... 3 

2.1   SCHERING‐PLOUGH .............................................................................................................................................. 3 

2.2  HISTORY .............................................................................................................................................................. 3 

2.3   INTERVET/ SCHERING‐PLOUGH ANIMAL HEALTH ................................................................................................ 4 

3  SUPPLY CHAIN DESCRIPTION (ORIENTATION) ........................................................................... 7 

3.1   SUPPLY CHAIN STRUCTURE .................................................................................................................................. 7 

3.2   SUPPLY CHAIN ACTIVITIES ................................................................................................................................... 8 3.2.1   PHARMACEUTICAL ACTIVITIES ..................................................................................................................... 8 3.2.2   BIOLOGICAL ACTIVITIES ............................................................................................................................... 8 

3.3   SUPPLY CHAIN COORDINATION ............................................................................................................................ 9 

3.4   SUPPLY CHAIN UNCERTAINTIES ......................................................................................................................... 10 3.4.1   DEMAND UNCERTAINTY ............................................................................................................................. 10 3.4.2   SUPPLY UNCERTAINTY ............................................................................................................................... 10 

3.5   INVENTORY TYPES IN SUPPLY CHAIN .................................................................................................................. 11 

3.6   CURRENT SAFETY STOCK SETTINGS .................................................................................................................... 12 

4  PROJECT CONTEXT (ORIENTATION) .......................................................................................... 15 

4.1  PROJECT DEFINITION ......................................................................................................................................... 15 

4.2  INVENTORY MANAGEMENT FRAMEWORK ............................................................................................................ 16 

4.3  RESEARCH QUESTION / RESEARCH GOAL ............................................................................................................ 17 

4.4  RESEARCH MODEL ............................................................................................................................................. 17 4.4.1   CONCEPTUALIZATION................................................................................................................................. 18 4.4.2   MODELING ................................................................................................................................................. 18 4.4.3   MODEL SOLVING ........................................................................................................................................ 18 4.4.4   IMPLEMENTATION ..................................................................................................................................... 19 

4.5  PROJECT SCOPE ................................................................................................................................................. 19 

5  CONCEPTUAL MODEL (CONCEPTUALIZATION) .......................................................................... 21 

5.1  SUPPLY CHAINS IN SCOPE ................................................................................................................................... 21 

5.2  INPUT PARAMETER DESCRIPTION ....................................................................................................................... 21 5.2.1   GENERAL VARIABLES ................................................................................................................................. 22 5.2.2   DEMAND UNCERTAINTY PARAMETERS ....................................................................................................... 24 5.2.3   SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS ......................................................................................................... 26 

6  SIMULATION MODEL (CONCEPTUALIZATION) ........................................................................... 29 

6.1  MODEL ASSUMPTIONS ....................................................................................................................................... 29 

6.2  SIMULATION MODEL DESIGN .............................................................................................................................. 29 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

ix  

6.2.1   FPP PROCESS ............................................................................................................................................ 31 6.2.2   FPU PROCESS ............................................................................................................................................ 34 6.2.3   API/ANTIGEN PROCESS ............................................................................................................................ 36 

6.3  VERIFICATION AND VALIDATION ........................................................................................................................ 37 6.3.1   VERIFICATION............................................................................................................................................ 37 6.3.2   VALIDATION .............................................................................................................................................. 38 

7  RESULTS (MODEL SOLVING) ..................................................................................................... 39 

7.1  EXPERIMENTAL DESIGN ..................................................................................................................................... 39 7.1.1   SAFETY STOCK ALLOCATION AGAINST MINIMAL COSTS ................................................................................ 40 7.1.2   FULL FACTORIAL EXPERIMENT .................................................................................................................. 40 7.1.3   SENSITIVITY ANALYSIS .............................................................................................................................. 41 

7.2  RESULTS ............................................................................................................................................................ 42 7.2.1   PHARMA PRODUCT X .................................................................................................................................. 42 7.2.2   BIO PRODUCT Y ......................................................................................................................................... 47 

8.1  CONCLUSIONS .................................................................................................................................................... 52 

8.2  DISCUSSION ....................................................................................................................................................... 53 8.2.1   MANAGERIAL IMPLICATIONS AND RECOMMENDATIONS .............................................................................. 53 8.2.2   SCIENTIFIC IMPLICATIONS ......................................................................................................................... 53 8.2.3   LIMITATIONS AND FUTURE RESEARCH ....................................................................................................... 54 

REFERENCES ................................................................................................................................... 55 

APPENDICES ................................................................................................................................... 57 

CONFIDENTIAL .......................................................................................................................... 68 

 

   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

x  

 

GLOSSARY  API        Active Pharmaceutical Ingredient BOM        Bill of Material CODP       Customer Order Decoupling Point ComOp      Commercial Operation DC        Distribution Center EOQ        Economic Order Quantity FPP        Finished Product Packed FPU        Finished Product Unpacked GSC        Global Supply Chain Intervet / S‐P A.H.    Intervet / Schering‐Plough Animal Health MRP        Material Requirements Planning MSE        Mean Squared Error OR        Operations Research S‐P        Schering‐Plough SCM        Supply Chain Management SKU        Stock Keeping Unit SS        Safety Stock TU/e        Eindhoven University of Technology UK        United Kingdom VMI        Vendor‐Managed Inventory WIP        Work in Process 

 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

1  

1  INTRODUCTION  Since  the  early  nineties  companies  started  to  recognize  Supply  Chain Management  (SCM)  as  a  core competence (De Kok and Graves, 2003) and considerable attention has been paid on this very influential research  topic  in  the  field  of  operations  research  (OR).  SCM  deals with  the  integration  of  planning, executing, and controlling of all activities associated with the transportation, transformation and storage of  goods  from  raw materials  to  end‐users,  as well  as  the  associated  information  flows,  in  order  to minimize total supply chain costs while satisfying customer demand (Spitter, 2005).  An  important concept  in the SCM  literature  is  inventory management and within this field safety stock setting  in particular. Safety Stocks are, according  to Silver et al.  (1998), amounts of  inventory kept on hand,  to  cope with uncertainty  in demand and uncertainties  in  supply  in  the  short  run. Considerable attention has been paid to the demand uncertainty factor and various models have been established to cope with this uncertainty. Although, for example, Talluri et al. (2004) and Bollapragada et al. (2004) did include  lead  time  uncertainty  in  their  safety  stock model,  relatively  few  research  incorporated  the various  supply uncertainty  factors  (e.g.  lead  time uncertainty,  yield uncertainty, batch  rejection)  in  a multi echelon supply chain. The pharmaceutical  industry  is one of  the  industries where both demand and  supply uncertainty  are of  considerable  importance  and  therefore  an  interesting  industry  for  this research field.   This research project has been conducted at a Pharmaceutical multinational called Intervet / Schering‐Plough Animal Health (Intervet / S‐P A.H.) located in Boxmeer, the Netherlands. The SCM department of Intervet  / S‐P A.H.  initiated  this project,  since  some  inventory management aspects  (e.g.  safety  stock target setting, performance measurement) have not been based on quantitative analyses and decisions are made based on rules of thumb derived from company knowledge. Quantitative models are needed to validate these rules of thumb and determine what the benefit (e.g. cost savings, inventory reduction, service  level  improvement)  is  of  implementing  these  quantitative models  compared  to  the  current situation.    In this report, we focus on the safety stock setting  in multi‐echelon  inventory systems at Intervet / S‐P A.H. A model was developed to determine the optimal safety stock levels at the various stock points to cope with the demand and supply uncertainty factors in the pharmaceutical and biological supply chain and reach a predefined service  level against minimal  inventory costs. This master thesis project will be aimed at both ensuring relevance for the academic field and the usability in the practical situation. The research question within this research is defined as follows:  

What is the impact of the different uncertainty factors on the safety stock levels and what is the optimal safety stock level at the various stock points to reach the service level against minimal inventory costs? 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

2  

METHODOLOGY AND STRUCTURE OF THE MASTER THESIS The research model developed by Mitroff et al.(1974), which will be elaborated on in chapter 4, is used as a guideline for this research project to both improve the current situation at Intervet / S‐P A.H. and to extent the research  in the academic  literature on the topic of  inventory management (i.e. safety stock optimization  in particular).  In addition to the phases described  in Mitroff et al.’s model, an orientation phase has been introduced.    Orientation phase This phase was added to get acquainted with the organization and to describe the problem situation in detail before starting with the conceptualization phase. During the orientation phase we have focused in chapter 2 on the company and  in chapter 3 on the company’s supply chain and  its characteristics. The project context,  including  the objective of  the study,  the research question,  the methodology and  the research scope is discussed in chapter 4.   Conceptualization phase After the orientation phase, the supply chains  in scope are described and the  input parameters of the multi echelon safety stock model are described and quantified in the conceptual model. This conceptual model is discussed in chapter 5.   Modeling phase  During this phase, the simulation model used to determine the optimal safety stock levels at the various stock points in the supply chain is developed. The purpose of this phase is to develop, verify and validate the  simulation  model.  Both  the  simulation  model  design  and  the  validation  and  verification  are described in chapter 6.  Model solving phase The next phase of  this  research project  is  the model  solving phase, which  includes  the description of different sub questions and the generation of results. The purpose of this phase is the development of a range  of  different  optimized  scenarios  for  the  supply  chains  within  scope.  Chapter  7  presents  the different sub questions and subsequently the results obtained to answer these sub questions.    Implementation phase In  the  implementation  phase,  described  in  chapter  8,  the  results  are  translated  into  managerial recommendations and business  improvements  in this section. These managerial recommendations can be used as a guideline  for  future  improvement projects. Moreover,  the general conclusions,  research implications, future recommendations and limitations of this research are discussed in this chapter.   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

3  

2  COMPANY DESCRIPTION (ORIENTATION) In this section a description of the company Schering‐Plough (S‐P) and the Customer Segment Intervet / S‐P A.H. in particular is given. A company description of Schering Plough in general is given in section 2.1. Subsequently, section 2.2 describes the history of Intervet / S‐P A.H. in broad outline. Finally, section 2.3 describes the Customer segment Intervet / S‐P A.H. in particular.  

2.1   SCHERING­PLOUGH Schering‐Plough (S‐P) is an innovation‐driven science‐centered global health care company. S‐P delivers medicines, health care products and services that help people worldwide live longer, healthier lives. The company has business,  research, manufacturing and sales operations  in more  than 140 countries and employs approximately 51.000 employees worldwide. The headquarters are located in Kenilworth, New Jersey in the United States. The Adjusted Net Sales  in 2008 was approximately 20.8 billion dollar, from which 3.5 billion dollar was invested in Research & Development.   The products can be roughly divided  into three main customer segments: Human Prescription, Animal Health and Consumer Health Care. The Human Prescription segment contains all medicines for human diseases, whereas the Consumer Health Care segment entails all other products.  The percentage of the annual  sales  volume  for  each  segment  is  shown  in  Figure  2.1.  This  Figure  indicates  that  the Animal Health segment is around 16% of the total annual sales.  

Figure 2.1: Schering Plough Customer Segments (Source: S‐P, 2008) 

Moreover, S‐P  is developing  innovative  treatments and programs  that assist patients  in achieving  the best possible  therapeutic  outcomes.  This has been done  through  the patient  assistance  and  support programs.   Recently, S‐P has merged with Merck & Co., Inc., however the organizational  implications and changes for Intervet / S‐P A.H. remain unknown at this moment and there is assumed that the possible changes will not influence this master these project.   

2.2   HISTORY In 1949  the animal health business Nobilis was  founded  in Boxmeer,  the Netherlands by animal  feed manufacturer Wim Hendrix. The company started with the manufacturing of poultry vaccines and grew rapidly in the first decennia. This growth attracted the Netherlands‐based pharmaceutical manufacturer Koninklijke  Zwanenberg Organon  to  takeover Nobilis.  In  1969  the  company  name was  changed  into Intervet and by the 1970s Intervet already had a strong European presence in the veterinary market.   

Schering-Plough

16%7%

77%

Human Prescriptions Animal Health Consumer Health Care

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

4  

Meanwhile, the parent company, which started their veterinary division  in 1950 (afterwards known as Schering‐Plough Animal Health), arose by the merge of Schering Corporation with Plough, Inc.  in 1971. In the subsequent decennia several other companies were acquired by Intervet, which made them the third  largest  animal  health  company  in  the  world.  In  2007,  Schering‐Plough  acquired  Organon BioSciences, with  its Organon human health and  Intervet animal health businesses,  from Akzo Nobel. This resulted in the current veterinary division known as Intervet/Schering‐Plough Animal Health.  

2.3   INTERVET/ SCHERING­PLOUGH ANIMAL HEALTH The merged  veterinary  division  has  become  the  current  global market  leader  in  the  Animal  Health industry since Schering‐Plough acquired Organon BioSciences (see Figure 2.2), with a global revenue of approximately three billion dollar.  

Figure 2.2: annual turnover (turnover x 106) animal health market (source: S‐P, 2008) 

 

In general this division distinguishes three different product groups, namely biologics, pharmaceuticals and  innovative solutions. The biologics can be divided  into two groups of products:  living biologics and inactivated biologics (biological components are inactivated before being used). At Intervet / S‐P A.H., all biologics  are  vaccines.  Figure  2.3  indicates  that  the  biologics  account  for  around  40  per  cent  of  the products, which is considerably higher than in the global animal health market.  

Figure 2.3: Revenue by product type  Intervet  /  S‐P  A.H.  maintains  18  Research  &  Development  sites,  28  Manufacturing  sites  and  59 Commercial Operations  (ComOps) and operates  in over 140 countries. The 28 manufacturing sites are divided  into 11 Pharmaceutical sites and 17 Biological sites (14 normal Bio sites and 3 FMD sites). The FMD sites are special manufacturing sites which are dedicated  to  the production of vaccines  for  foot‐and‐mouth disease. These FMD sites use special technologies to produce their products. 

Anual T u rnover An imal Health  Market

$1.088

$1.093

$1.106

$1.357

$2.643

$2.825

$2.973

Fort Dodge

Elanco

Novartis

Bayer

Merial

Pfizer

Intervet / S-P

Global Market Animal Health

23%

12%

20%16%

29%

Vaccines MFA Specialty pharmaAnti-parasitics Anti-infectives

Intervet / S-P A.H.

41%

2%27%

14%

16%

Vaccines MFA Specialty pharmaAnti-parasitics Anti-infectives

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

5  

Besides the FMD technology there are different production technologies for both the pharmaceuticals and biologics. Within the biological supply chain there are four main technologies used  in the Antigen production  phase,  which  are  listed  in  Table  2.1.  In  Appendix  I,  an  overview  of  the  different manufacturing  sites  with  the  production  technologies  used  within  this  site  is  given.    Specific technologies are used at different locations.  

Table 2.1: Technology types for Antigen production Technology type  Sub type CONFIDENTIAL!      

 Intervet  / S‐P A.H. activities comprise  two principal business areas:  livestock and companion animals. The  livestock business area  includes poultry, ruminants, pigs and aquatic animals. Five main categories are distinguished based on species. The annual sales per category is shown in Figure 2.5.  

Figure 2.4: Revenue by Species

In total there are 59 Commercial Operations (ComOps), also known as Local Companies or Sales Offices, located all over the world that sell and distribute the finished products to customers. These ComOps are divided into 6 different regions based on geographical location, however recently Asia 1 and Asia 2 are combined: 

- Asia 1: Australia, New Zealand and Japan - Asia 2: the rest of Asia - Europe 1: North, West and Eastern Europe - Europe 2: Southern Europe and North Africa  - Latin America: South America - North America: United States of America and Canada 

 

Figure 2.6, shows the percentage of the total number of Stock Keeping Units (SKUs) sold per region.  It becomes obvious  that Europe 1 contains  the  largest number of SKUs. The different countries  in each region are summarized in Appendix II. This Figure indicates that the ComOps in Europe are responsible for the selling of more than 60 per cent of the SKUs. 

Global Market Animal Health

31%

40%

16%

11% 2%

Ruminants Companion Animal Swine Poultry Aqua/other

Intervet / S-P A.H.

43%

22%

14%

16%5%

Ruminants Companion Animal Swine Poultry Aqua/other

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

6  

Figure 2.6: Number of SKUs per Region 

   

S K Us  per R eg ion

5% 8%

35%

28%

7%

17%

Asia 1 Asia 2 Europe 1 Europe 2 N America L America

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

7  

3  SUPPLY CHAIN DESCRIPTION (ORIENTATION) Within  this chapter,  the  supply chain of  Intervet  / S‐P A.H.  is described. The  structure of  the  supply  is discussed  in  section  3.1  and  the  supply  chain  activities  in  section  3.2.  Section  3.3  elaborates  on  the control of the supply chain by the planning and control system. Section 3.4 describes the uncertainties in the  supply chain. The different  types of  inventory  in  the  supply chain are described  in  section 3.5 and finally, section 3.6 presents the current safety stock determination.  

3.1  SUPPLY CHAIN STRUCTURE According  to  Shah  (2004),  the  supply  chain  in  the  pharmaceutical  industry  can  be  divided  into  five different nodes,  including  a primary manufacturing phase, a  secondary manufacturing phase, a  stock point  in  between  these manufacturing  phases,  a  distribution  center  and  the  external  customer.  The main activity of  the primary manufacturing  site  is  the production of active pharmaceutical  ingredient (API) or Antigen, followed by a quality check. The main activity of the secondary manufacturing phase is combining  the API/Antigen, which  is  transported  from  the  inventory point  to  the secondary site, with excipient inert materials to produce the final medicine. Afterwards the quality of the product is checked once more,  after which  the  product  is  packed  and  finally  shipped  to  the Distribution  Centers  (DCs). Finally  the products are  transported  from  the DCs  to  the end customers. The general structure of  the pharmaceutical and biological Intervet / S‐P A.H. supply chain, shown in Figure 3.1 and 3.2, is in line with the general pharmaceutical supply chain structure described by Shah (2004). The pharmaceutical supply chain is similar to the biological supply chain except that API is bought from suppliers, whereas Antigen is produced by Intervet / S‐P A.H. at the manufacturing sites. The supply chain activities shown in Figure 3.1 and 3.2 will be described in section 3.2.  

Figure 3.1: General Biological Supply Chain Structure  

 Figure 3.2: General Pharmaceutical Supply Chain Structure 

 In general,  Intervet / S‐P A.H. distinguishes  three controlled  inventory points, namely stock points  for API/Antigen  inventory,  for Finished Product Unpacked  (FPU)  inventory at  the manufacturing  site, and the Finished Product Packed  (FPP)  inventory at  the ComOps. The  inventory at  the other  stock points shown in Figure 3.2 can be described as Work In Process (WIP). Moreover, there are stock points of raw materials, additive materials and packaging materials. However these stock points are beyond the scope of this project, as will be discussed in chapter 5.   The Customer Order Decoupling Point (CODP) is located at the FPU stock point. Therefore, the first part of the chain (till FPU production) is currently forecast driven, whereas the last part of the chain is order driven since the labeling process is country specific.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

8  

However, this only holds when the ComOps are seen as the customers and orders are  internal orders. The CODP is actually located at the ComOps since external customer demand is satisfied from this stock point.     Intervet  /  S‐P  A.H.  is  changing  from  production  to  order  to  Vendor Managed  Inventory  (VMI).  This implies  a  planning  responsibility  change  from  the  more  downstream  ComOps  to  the  upstream Manufacturing Site. The ComOps were responsible for their own  inventory management  in the former situation, whereas after the introduction of VMI, the manufacturing site will manage both the inventory at the site and the ComOps.  

3.2  SUPPLY CHAIN ACTIVITIES In  this  section,  a  detailed  description  of  the  activities  in  both  the  pharmaceutical  and  the  biological supply chain of Intervet / S‐P A.H. is given.  

3.2.1   PHARMACEUTICAL ACTIVITIES First, the raw materials of the pharmaceuticals are purchased, which are the APIs and basic materials. These  raw materials are delivered by external  suppliers or occasionally by other manufacturing  sites. After the materials have been delivered they need to be tested.  

Second, the APIs and supplements (e.g. water) are used as  input for the Bulk production. Afterwards a filling process starts and the Bulk products are filled resulting in different presentations, which are called FPU. Another quality test is required after the filling process. The next phase is the packaging of the FPU, resulting in several country specific FPP.   Third, after the products have been packed and  tested, they are distributed to the ComOp. There are three types of distribution options: truck, ship or plane where the default mode of transport depends on the  shelf  life  and  value  of  product  and  on  the  location  of  the manufacturing  site  in  relation  to  the ComOp. A final quality check (local release test) has been done, when the ComOps receive their orders. 

Finally, the ComOps deliver their products to external customers, which might be vets or wholesalers. Vets are delivered directly  (within 24 hours) since  the majority of  them have  limited or no  inventory. Wholesalers get their deliveries on a prearranged date on a monthly basis.  

3.2.2   BIOLOGICAL ACTIVITIES The biological supply chain consists of one more production phase, since the Antigens are not bought from  external  suppliers,  but  produced  at  the  manufacturing  site.  Raw  materials  of  the  biologics, consisting  of  APIs  and  basic  components,  are  purchased  from  third  parties, whereas  the  seeds  are produced at the Intervet / S‐P A.H. production sites.   The Antigens, which are the active components in the biologics, are most of the times produced at the manufacturing site and the seed and APIs are used to produce these Antigens. After Antigen production two  tests are started, namely a sterility  test which  takes around 2 weeks and a product quality check (animal test), which requires around 6 weeks (Teunter & Flapper, 2006).  Several antigens and supplements (e.g. water) are used as  input for the Bulk production. Afterwards a filling process starts and the Bulk products are filled resulting in different presentations, which are called FPUs. For particular products an additional freeze drying phase is necessary. After filling another test has been conducted and the results are known after around 2 weeks.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

9  

 The next phase  is  the packaging of  the FPU,  resulting  in  several country  specific FPPs. This process  is similar  to  the pharmaceutical packaging phase. Furthermore,  the distribution process  to  the ComOps and external customers is comparable to the process in the pharmaceutical supply chain.  

3.3  SUPPLY CHAIN COORDINATION The  coordination  of  production  and  stocks  for  all  sites  is  managed  by  the  SCM  department  in cooperation with the local site planners. At the moment, there are 8 manufacturing sites and 9 ComOps using  SAP as  their business management application. However,  currently a  SAP  integration project  is running  to  integrate all ComOps and manufacturing  site data  in SAP.   Those Manufacturing  sites and ComOps that are not using SAP make use of other data management systems for their planning. Since there  will  be  focused  on  the  Boxmeer  manufacturing  site  during  this  research  project,  as  will  be discussed in section 4.5, SAP will be mainly used.   Material Requirements Planning  (MRP  I)  is  the main planning  tool used  throughout  the organization. This  system works with  a  planning  horizon  of  18 months  and  demand  and  inventory  positions  are updated  on  a  weekly  basis.  The  planning  process  is  visualized  in  Figure  3.4.  This  figure  shows  the planning process of biological  supply  chains. The planning process of pharmaceutical  supply  chains  is identical,  except  for  the  fact  that  APIs  are  purchased  instead  of  raw materials.  Therefore,  the  raw material inventory point should not be coordinated in case of pharmaceutical supply chains.   

Figure 3.4: Logistics control system of the supply chain  The ComOps  in  the various countries  forecast  the demand. The average of a  forecast with a planning horizon of 3, 6 and 9 months is used to determine the forecast accuracy for a particular month. Both the forecast and inventory levels at the ComOps are input for the MRP planning tool. The MRP planning will be updated on a weekly basis and production orders will be generated when the inventory level is below the reorder point at one of the three controlled stock points. The reorder point  is equal  to the safety stock plus forecasted demand during the  lead time. Furthermore, the MRP planning tool will generate purchase orders for raw materials.   Fixed batch sizes are used for the production of API/Antigen and FPU and the order quantities at FPP are calculated by an adjusted Economic Order Quantity  (EOQ)  formula, which also  takes  into account  the shelf  life of  the various products. The safety stock  targets at  the controlled stock points are based on rules of thumb, which will be described in section 3.6. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

10  

 3.4  SUPPLY CHAIN UNCERTAINTIES During the investigation of the supply chain organization several uncertainty factors which influence the current  performance  of  the  supply  chain  at  Intervet  /  S‐P  A.H.  have  been  distinguished. We  have investigated  the various processing phases, which are  shown  in Figure 3.1 and 3.2, and analyzed  the different uncertainties  in each phase. At the FPP  level we saw that demand uncertainty had an  impact on the performance at this level. At the FPU and API/Antigen level we found several supply uncertainty factors  and  together  with  employees  from  the  SCM  department  we  have  distinguished  these uncertainty factors. The uncertainty factors can be divided into supply and demand uncertainty factors (see, Table 3.1).  

Table 3.1: Demand and Supply Uncertainty Demand Uncertainty  Supply Uncertainty Outbreaks  Yield uncertainty / Output uncertainty  Stochastic demand pattern  Lead time uncertainty  Forecast accuracy   Quality uncertainty 

3.4.1   DEMAND UNCERTAINTY Outbreaks  of  diseases  in  certain  areas  results  in  an  unexpected  increase  in  demand  for  a  particular vaccine  or medicine  and  therefore  cause  extreme  demand  fluctuations. However,  the  occurrence  of outbreaks  is  relatively  low and only a  relatively  small part of  the product portfolio  is affected by  this uncertainty  factor. This aspect of demand uncertainty  is  therefore beyond  the  scope of  this  research project.  External  customer  demand  is  stochastic  and  the  demand  distribution  can  be  determined  by investigating historical demand data and historical forecast.   Accurate  forecasting  is necessary  to cope with uncertainties mentioned above when predicting  future demand,  since  the MRP planning process  is based on  forecasted demand.  These  aspects of demand uncertainty  will  be  incorporated  in  the  quantitative model  and  will  be  discussed  in more  detail  in chapter 6.  

3.4.2   SUPPLY UNCERTAINTY Several  different  types  of  supply  uncertainty  have  been  described  in  literature.  Mohebbi  (2004) indicates that, uncertainty  is the result of variability  in (delivery)  lead times. Another  important supply uncertainty  factor described  in  literature  are  yield  rates. Bollapragada et  al.  (2004)  incorporated  this uncertainty  factor  in  their  research.    In  the  particular  situation  at  Intervet  /  S‐P  A.H.  the  supply uncertainty factors can be divided into three main types:  

• Yield/output fluctuations 

• Quality uncertainty  

• Lead time variability. 

YIELD/OUTPUT FLUCTUATIONS 

Especially in biological supply chains, there is a significant output fluctuation (both quality and quantity differences  per  batch)  possibility  between  the  different  Antigen  manufacturing  processes.  These fluctuations  lead  to  yield  uncertainties.  The  yield  fluctuations,  is one of  the main  supply  uncertainty issues and therefore of importance for the safety stock determination. These output differences can be divided in two types of output fluctuations: 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

11  

1. Quantity  differences  between  the  target  quantity  and  the  actual  quantity  of  a  batch.  These differences occur in both the pharmaceutical and biological production process. 

2. Effectiveness differences between  the  target proportion unit and  the actual activity  factor. These differences only occur in the biological production processes.  

Both differences are part of  the supply uncertainty  factor  incorporated  in  the quantitative model;  the calculation of these factors will be described in detail in chapter 5.  

The  quantity  differences  are  a  result  of  unexpected  loss  of material  during  the  various  production phases (e.g. disability to use the total Bulk production during the filling process, broken vials during the labeling process). These differences are determined on all different stock positions  (API/Antigen, Bulk, FPU, and FPP) for both pharmaceuticals and biologics. To calculate these quantity differences, the target quantity is compared to the actual closed quantity for each particular batch.   The effectiveness differences are an  important uncertainty factor for the biological supply chains. This factor depends on the robustness (i.e. the controllability and reliability) of the antigen process and the impact can be enormous. The impact is determined after the quality process of antigen production and is not an issue for the pharmaceutical supply chains.   QUALITY UNCERTAINTY 

Quality  problems  of  batches  produced might  result  in  rejection  of  batches  or  sub  batches.    Serious quality problems might lead to rejection of a complete batch, whereas sterility problems might only lead to  the  rejection  of  a  sub  batch.  Sterility  problems might  be  solved  after  a  certain  period  and  the remainder of the batch can therefore still be accepted. Batch rejections are included in the quantitative model and will be discussed in chapter 5.   LEAD TIME VARIABILITY 

Both a variable number of tests per batch and a variation in the test time of a batch result in lead time uncertainty within the quality testing process. Moreover the production and planning times for Bulk and FPU production are variable and stochastic.  In some cases the quality tests should be repeated to test the validity of the production process and the validity of the tests used.  The  lead  time  variability  includes  variability  in  both  quality  lead  time  and  processing  lead  time, moreover  it also  includes test repetition. All aspects of  lead time variability will be  incorporated  in the quantitative model and will be discussed in more detail in chapter 5.  

3.5   INVENTORY TYPES IN SUPPLY CHAIN  Several different types of inventory are distinguished in the literature; however only three main types of inventory are considered during this master thesis project, since Intervet / S‐P A.H. differentiates these types of inventory in their supply chain. These three types of inventory are described as follows (Hopp & Spearman, 1996):  Cycle stock: Cycle  inventories result from an attempt to order or produce  in batches  instead of one unit at a time. The amount of  inventory on hand, at any point, caused by these batches  is called cycle stock. Reasons for batch  replenishments are economies of scale  (because of  large setup costs), quantity discounts  in purchase price or freight cost and technological restrictions such as the fixed size of a processing tank in 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

12  

a  chemical  process.  In  the  pharmaceutical  industry  batch  sizes  are  often  agreed  upon  during  the registration process of a particular product. Therefore, it is often impossible to change batch sizes since it is obligatory to produce in the pre‐described batch size.    Work in Progress: Work‐in‐progress (WIP)  inventory, also known as pipeline  inventories  include goods  in transit between levels  of  a multi  echelon  distribution  system,  or  between  adjacent work  stations  in  a  factory.  This inventory is proportional to the usage rate (i.e. a measure of quantity of a product consumed by a user in a given period) of  the  item and  the  transit  time between  the  locations. This  type of  inventory  is of considerable importance in the pharmaceutical industry since the amount of WIP throughout the Supply Chain is relatively high (especially because of long quality test times).   Safety stock:  Safety stock is defined as the amount of inventory kept on hand, to allow for the uncertainty of demand and  the uncertainty of  supply  in  the  short  run  (Silver et  al., 1998). The  investment  in  safety  stock  is directly  related  to  the desired  service  level  and  is of major  importance  in  this master  thesis project. During this research project there will be focused on this inventory type.  

 

Figure 3.5: Inventory types in the biological supply chain  

The  different  types  of  inventory  in  the  biological  supply  chain  are  shown  in  Figure  3.5.  Safety  stock targets are set at the three controlled stock points (Antigen, FPU, and FPP) and cycle stock at these stock points is a result of the batch production process at Intervet / S‐P A.H. Fixed batch sizes at API/Antigen, Bulk  and  FPU  production  are  agreed  upon  in  registration  and  therefore  a  restriction.  The  Economic Order Quantity  (EOQ)  is used  to determine  the  batch  sizes  for  FPP production.  These  quantities  are minimum  order  quantities  for  the  ComOps  and  minimal  production  batch  sizes  for  the  packaging process.  The relatively  long quality time and planning time  is the main reason for WIP  in the supply chain. This results  in  finished  products which  have  not  been  released  yet,  since  the  quality  test  is  not  finished. Additional strategic stock might be maintained as a result of strategic management decisions.  

3.6  CURRENT SAFETY STOCK SETTINGS  The  current  inventory  control policy  in  the MRP planning process  can be  characterized  as  an  (R,s,Q)  policy. Every R units of time (one week) the inventory position is checked and an MRP run is started. If the inventory position is below the order point s, which is equal to the safety stock plus demand during the  lead  time,  an  order  quantity  Q  is  ordered  and  after  the  lead  time  replenished.  According  to expectations, the order is replenished at the moment the inventory reaches the safety stock level. If the inventory position  is above s, no production  is started and the  inventory position  is reviewed the next week.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

13  

In the current situation basic rules of thumb are used for safety stock setting at the various stock points to  cope with  the uncertainty  factors described  in  section 3.3. These  rules are developed by  the SCM department of Intervet / S‐P A.H. Safety stock  is kept at the three controlled stock points: API/Antigen and FPU at the manufacturing site and FPP at the ComOps. There are different rules for the safety stock calculations at each stock point and different rules apply for pharmaceuticals and biologics.  In general  the basic rules shown  in Table 3.2 and 3.3 are used at  the various manufacturing sites and ComOps. There are no basic rules for the safety stock at the API stock points, because these products are  purchased  from  third  parties  and  the  transportation  time  of  these  products  differs.  The  MRP planners at the manufacturing site normally determine the reorder point or safety stock at the API level.  Table 3.2: Safety stock rules Biologics    Antigen  FPU  FPP Shelf life 0‐6 months ‐> 0 or 2 months   >= 12 batches / year ‐> 1.5 months   Vaccines ‐> 1 month  Shelf life 7 months or more ‐> 4 months  1 ‐ 4 batches / year ‐> 2.5 months   Others ‐> 0.5 months  Shelf life > 12 months + FD ‐> 6 months  5 ‐ 11 batches / year ‐> 2 months   Others ‐> 0.67 months   Additional rules FPU Biologics:  

• Product listed in Top 100(based on sales margin) ‐> 0.5 month extra  • Quality Control Biologics (QCB) Lead time >= 75 Calendar days ‐> 0.5 month extra • FPU without antigen stock capabilities ‐> 1 month extra • Remark: if 2 or more categories are applicable. add the highest extra 

 Table 3.3: Safety stock rules Pharmaceuticals    API  FPU  FPP No basic rules  1 month SS   Vaccines ‐> 1 month      Others ‐> 0.5 months       

Additional rules FPU Pharmaceuticals: 

• products with long lead times => (>6 weeks incl. QC/QM)0.5 months extra  • high margin products 0.5=> months extra  

   Table 3.2 and 3.3  indicate that the amount of safety stock  is expressed  in months. The absolute safety stock level in number of products or amount of material is calculated by using a coverage profile, which is the average prospected demand per month based on the upcoming 6 months. This demand value  is multiplied by the number of months safety stock to obtain the absolute safety stock value.   The only manufacturing site that does not makes use of coverage profiles to calculate the safety stock levels  is the manufacturing site  in Boxmeer. The former head of the SCM department at  Intervet / S‐P A.H.,   has developed a single echelon safety stock model at FPU  level to determine fixed safety stocks, which  takes  into  account  both  demand  and  supply  uncertainty.  Therefore,  the  basic  rules  described above do not apply for the FPU safety stock levels at the Boxmeer site.   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

14  

Since the current safety stock  levels at the various stock points are based on single echelon qualitative rules, without any quantitative support and without  taking  into account  the  safety stock  levels at  the other stock points, this might result in a sub optimal solution at the separate stock points. Therefore, it is necessary to evaluate the performance of the current safety stock settings and moreover determine the optimal safety stock levels when incorporating the three controlled stock points in an integral safety stock model.   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

15  

4  PROJECT CONTEXT (ORIENTATION) This chapter deals with the project context of  this master thesis project.   First, the project background and  definition  are  discussed  in  section  4.1.  The  different  types  of  inventory  and  several  associated optimization  methods  are  visualized  in  an  inventory  management  framework  in  section  4.2.  The arguments  for selecting  the safety stock model as optimization model and both  the  research question and research goals are described in section 4.3. Afterwards, section 4.4 discusses the consecutive phases within the research model. Finally, the project scope is defined in section 4.5.  

4.1 PROJECT DEFINITION This  project  is  initiated  by  the  SCM  Department  of  Intervet  /  S‐P  A.H.  and  the  structure  of  this organization  is  shown  in  Figure  4.1. Within  this  department  there  are  4  sub‐departments,  namely Demand  &  Supply  Management,  SCM  Operations  Support,  International  Packaging  Services  and Customer  Service &  Replenishment.  The  head  supervisor  and  initiator  of  the  research  project  is  the Director Global SCM and director of the department.     

Direct Global Supply Chain Management

Manager Customer Service &

Replenishment

Manager SCM Operations Support

Manager Demand & Supply Management

Manager International Packaging Services

Short Term Integration Process

Medium Term Integration ProcessForecasting

Secretaries

Intro Team

Project Replenishment & Distribution Transort Manager

A.H. (EU)

IPS Team Manager Customer Service (export)

Manager Replenishment (ComOps)

Supply TeamDemand Team

 Figure 4.1: Organizational chart of the SCM department of Intervet / S‐P A.H. 

 

The department has developed  its own vision, associated mission and  scope. The vision  is  to build a supply chain that gives Intervet / S‐P A.H. a competitive advantage. The associated mission is to reliably meet agreed  service  levels at minimum  cost/maximum profitability  through management of  flows of goods and related  information flows within an optimally designed supply chain network. The complete supply chain, including internal players, suppliers and customers is the scope of this department. In line with  the Mission, Vision and Scope of  this department and based on  several  interviews  the  following initial problem definition is determined:  Provide quantitative insight in which inventory management methods / approaches should be taken into 

account to reach an external service level against minimal inventory costs  Quantitative  insight  indicates  that  the  results  and  insights  gathered  throughout  the  research  project should be grounded by quantitative models. This insight should be provided by passing through several consecutive  phases,  which  will  be  described  in  more  detail  in  section  4.4.  The  various  inventory management methods to optimize the different types of  inventory distinguished at  Intervet / S‐P A.H. will be discussed in section 4.2.   Reaching an external service level is necessary (i.e. service level at FPP stock point towards the external customer),  since  service  reliability  towards  the  external  customers  (e.g.  pharmacies  and  veterinary 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

16  

surgeons)  is  of  considerable  importance,  especially  since  high  margins  are  generated  in  the pharmaceutical industry.  Backorders  and  especially  lost  sales  are  very  important  to  avoid,  since  customer  demand  is  time dependent and therefore  there  is a reasonable possibility that customers will go to competitors  if the supplier is out of stock. Moreover, quantitative insight in inventory management, and especially integral inventory management,  is becoming  increasingly  important  in view of the fact that the supply chain  is controlled and planned more and more integrated. Both the SAP integration program and the proposed VMI  introduction program encourage an  integral controlled and planned  supply chain. Therefore,  the selected inventory management method should be a multi echelon model. Since there is uncertainty at all  the stock points  it  is necessary  to optimize  the safety stocks  in an  integral manner. Single echelon safety stock models would result in sub optimal settings. In other words, the quantitative model should include all stock points within the supply chain, from API/Antigen stock point until external customers. The  different  types  of  inventory  and  the  associated  optimization methods  are  discussed  in  the  next section.   

4.2  INVENTORY MANAGEMENT FRAMEWORK Based  on  the  project  definition  agreed  upon  with  Intervet  /  S‐P  A.H.  an  inventory  management framework is established to distinguish the different inventory management methods. Although, several other  types  of  inventory  are  distinguished  in  the  literature  (e.g.  anticipation  inventory,  strategic inventory (Silver et al. 1998)), this framework only focuses on the three types of inventory described in section  3.5,  namely WIP,  Safety  stock  and  Cycle  stock.  These  three  types  of  inventory  have  been selected,  since  these  are  the  three main  types  of  inventory  distinguished  at  Intervet  /  S‐P  A.H.  An overview of optimization methods found in the literature for the three inventory types is given in Table 4.1.   

Table 4.1: Inventory Management Framework       Optimization Method  Work in Process Cycle Stock Safety StockLead time reduction  Silver et al. (1998)  

Increase capacity Hopp & Spearman (1996)  Hopp & Spearman (1996)   

Just in Time Management  Rohen (1991)  Order Splitting    Thomas and Tyworth (2004)  Kelle and Silver (2006)CODP differentiation     Teulings and Vlist (2001)  

Batch optimizaiton (EOQ)    Silver et al. (1998)   Increase order frequency    Walkenhorst (2007)  Single echelon safety stock models    Silver et al. (1998)Multi echelon safety stock models    Boulaksil, et al. (2009)Synchronized materials coordination     Minner(2001)

 

In  the  book  of  Silver  et  al.  (1998),  several  inventory  optimization  methods  are  discussed.  They distinguish optimization methods  for each  inventory type. Most of these optimizations mentioned are single  echelon methods  (i.e.  focusing  at  only  one  stock  point  and  not  taken  into  account  the  entire supply chain). Because of the high amount of uncertainties in the Intervet / S‐P A.H. supply chains, it is necessary  to use a multi echelon optimization method. Since batch  sizes are  taken as given and  lead time  reduction  is  hard  to  achieve,  as will  be  discussed  in  section  4.5,  and  inspired  by  the work  of Boulaksil et al. (2009) we have selected a multi echelon safety stock optimization method. However, this research project concerns both demand and supply uncertainties, whereas in Boulaksil et al. (2009) have mainly focused on demand uncertainty. The optimization method will be discussed in the remainder of this report.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

17  

4.3 RESEARCH QUESTION / RESEARCH GOAL Since reaching a feasible service  level  is of considerable  importance  in the pharmaceutical  industry, as already discussed  in section 4.1, we have selected an  inventory management method which optimizes the  inventory  type  that  is  most  directly  related  to  the  service  level  reached  (i.e.  safety  stock).  Furthermore, it is necessary to conceptualize and quantify the different uncertainty factors described in section 3.4. Therefore, we have selected the multi echelon safety stock model to determine the impact of  these  uncertainty  factors  on  the  service  level  and  the  optimal  safety  stock  levels  to  reach  this predefined  service  level.  Based  on  these  arguments  and  the  research  gaps  in  the  current  literature described briefly in the introduction, the following research question was formulated:  

What is the impact of the different uncertainty factors on the safety stock levels and what is the optimal safety stock level at the various stock points to reach the service level against minimal inventory costs? 

 

In line with this research question, the following research goals are formulated: • Develop a quantitative multi echelon safety stock model to determine the optimal safety stock 

levels at the controlled stock points for the supply chains in scope  • Determine the impact of the various uncertainty factors on the average total inventory • Determine the impact of reducing the uncertainty factors on the average total inventory 

 Although we  are  aware  of  the  fact  that  the  heuristic  used  to  find  the  ‘optimal’  safety  stock  levels (discussed  in  chapter  7) will only  find  an  approximation of  the optimal  safety  stock  levels,  since  the optimization  process  stops  although  a  local  optimum might  be  found, we will  use  the  term  optimal safety  stock  levels  throughout  this  report.  In  the  next  section  a  more  detailed  description  of  the research goals and the phase in which they will be realized is given.  

4.4 RESEARCH MODEL In this paragraph, the approach to attain the research goals as mentioned  in the previous paragraph  is presented.  One  of  the  challenges  in  Operations  Research  (OR)  research  is  to  combine  rigor  and relevance,  to ensure  the usability of  the  research  in both  the academic  field and within  the practical situation. Since this master thesis project includes an internship, this is of considerable importance. This research  focuses  on  the  development  of  a  inventory model  to  improve  the  current  situation  in  a business  setting  and  to  give  insight  into  the  various  factors  influencing  the  current  supply  chain performance and inventory levels.   Mitroff et al. (1974) created a research model which is applicable in OR and can be used to combine this rigor and relevance during the master thesis project (see, Figure 4.1). This four phase model will be used as a guideline for this research project to both improve the current situation at Intervet / S‐P A.H. and to extend the research in the academic literature on the topic of inventory management.  

Figure 4.1: Mitroff et al.’s research model (Source: Bertrand & Fransoo, 2002) 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

18  

 Mitroff et al.’s model does not  include the orientation phase. Within this additional phase, theoretical background  has  been  used  to  get  familiar with  the  business  processes within  the  organization.  The research proposal has been written during  the orientation phase and was  the  final deliverable of  this phase.  From  here  on  the  four  consecutive  phases  of Mitroff  et  al’s model will  be  passed  through, starting with the conceptualization phase.  

4.4.1   CONCEPTUALIZATION This phase is the first of four consecutive phases within the Mitroff et al.’s research model. Within this phase,  the  conceptual model  of  the  problem  and  system  under  consideration  is made.  During  this phase, there has been decided which variables need to be included in the model. The conceptual model description should use as much as possible concepts and terms that are accepted as standards published in the scientific operations management literature (Bertrand & Fransoo, 2002).   In this master thesis project the conceptual phase consists of the determination of the necessary input parameters  for  the multi echelon  safety  stock model and  the calculation of  these parameters  for  the supply chains in scope. This conceptual model is discussed thoroughly in the next chapter.  

4.4.2   MODELING The second phase  is the specification of the scientific model of the process or problem. This scientific model must be presented  in  formal, mathematical  terms, such  that either mathematical or numerical analysis is possible, or computer simulation can be carried out (Bertrand & Fransoo, 2002). According to Bertrand  and  Fransoo  (2002),  quantitative models  are  based  on  a  set  of  variables  that  vary  over  a specific domain, while quantitative and causal relationships have been defined between these variables. The purpose of this phase  is to build the quantitative model. This mainly  includes the definition of the variables and parameters used as well as the linkage between the variables.   In this particular situation, the quantitative model will be an inventory management optimization model selected from the  inventory management framework conducted  in the conceptualization phase. More precisely, a multi echelon safety stock model  is established.  In other words, a simulation model which can be used  to determine  the  influence of  various  safety  stock  allocations over  the  three  controlled stock points on  the  service  level  is established. Based on  the  findings during  this previous phase,  the optimization method which  is highly  related  to  the uncertainties described  in  the supply chain and  to the  service  level  defined  in  the  previous  phase will  be  selected.  The  input  parameters  described  in chapter 5 will be incorporated in the model. The mathematical description of the quantitative model is given  in  the  first  part  of  chapter  6.  After  establishing  the mathematical  model,  a  verification  and validation test, described  in the  last part of chapter 6, will be conducted. These tests are obligatory to start with the model solving phase. 

4.4.3   MODEL SOLVING In  the  third  phase,  the  mathematical  algorithms  or  simulation  software  required  to  solve  the quantitative model are selected and used  to solve  the model. Due  to  the complexity of  the biological supply chains in the pharmaceutical industry, as described in the former section, the model or problem might be  too  complex  for  formal mathematical analysis. Bertrand en Fransoo  (2002),  indicate  that  in case of high complexity, computer simulations are often used instead of mathematical models.     

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

19  

This type of research generally leads to lower scientific quality results than research using mathematical analysis, but the scientific relevance of the process or problem studied may be much higher. However, using simulation software requires a number of additional steps.   In this research project, the model solving phase will result  in a range of different optimized scenarios for  the  supply  chains within  scope.  First  a  structural  iterative process of optimization  for  the  supply chains  in  scope  is  started  to determine  the optimal  inventory  level  to  reach  the  feasible  service  level against  minimal  cost.  An  experimental  design  is  established  and  the  impact  of  the  various  input parameters on  the service  level and  inventory  levels  is determined. Moreover, a sensitivity analysis  is conducted to determine the impact of changes in the input parameters on the service level. The various scenarios are presented  in  the  first part of chapter 7 and  the  results are discussed  in  the  last part of chapter 7.  

4.4.4   IMPLEMENTATION The implementation phase is the final phase of the research methodology and includes the integration process of the results in the real life situation. However, in this master thesis project the implementation phase  will  be  used  to  summarize  the  different  scenarios  determined  in  the  previous  phase  in  a management presentation and present  these  scenarios  throughout  the organization. During  this  time period the master thesis will be written and management presentations will be given to inform the SCM department  about  the model  and  the  results.  The master  thesis  project will  be  finalized  during  this phase. This phase is described in more detail in chapter 8.  

4.5  PROJECT SCOPE This  research  focuses  both  on  Biological  and  Pharmaceutical  Supply  Chains  and  demand  as well  as supply uncertainty are  incorporated. The different types of uncertainty have been discussed  in section 3.4. Supply chains within the manufacturing site of Boxmeer are selected, since this site manufactures a wide range of biologics and manufactures pharmaceuticals as well.   In cooperation with Intervet / S‐P A.H. we have selected the pharmaceutical product Pharma product X and  the biologics A and B as  the products which will be used  for  the quantitative model. The  supply chain structure and characteristics of these supply chains will be discussed  in more detail  in chapter 5. These products have been selected since there is sufficient data available, there is no seasonal or trend pattern in the demand for these products and are mainly produced in Boxmeer.   Since the service level determined will be the service level towards the end customer, the supply chains within scope  include the external customers (as visualized  in Figure 3.1). This decision has been made, since the service level at this stock point is the best means for measuring customer satisfaction.   Batch sizes are fixed  in the pharmaceutical  industry since they are agreed upon during the registration process of products in the early phase of their life cycle. Therefore this aspect is not within the scope of this master thesis. Moreover, capacity is assumed as given and therefore, the current capacity is used as a restriction during this project. The demand forecast is taken as given as well. Furthermore, WIP, Cycle stock and other stock types are beyond the scope of this research project.      

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

20  

Summarized: - Pharmaceutical and Biological Supply Chains - Boxmeer manufacturing site - From Antigen level until end customer - Focus on Supply Uncertainty (however incorporate Demand Uncertainty) - Demand forecast, capacity and batch sizes are taken as given 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

21  

5  CONCEPTUAL MODEL (CONCEPTUALIZATION) In this chapter the conceptual model of the problem and system under consideration will be described and there will be decided which variables need to be included in the model. In section 5.1, the structure and  main  characteristics  of  the  selected  supply  chains  are  discussed.  The  definition  of  the  input parameters for the safety stock model and quantitative analysis to determine the correct values will be discussed in section 5.2.  

5.1  SUPPLY CHAINS IN SCOPE As already discussed  in chapter 3, we have selected one pharmaceutical supply chain (product Pharma product X) and one biological supply chain (product Bio product Y). The Pharma product X supply chain is  less complex, since  there are no yield activity  fluctuations and  furthermore  this chain only contains one bulk type. The biological supply chain, on the other hand, contains two antigen which can be used to produce  four bulk  types. Moreover, part of  the biological production process    is executed at other production sites than the manufacturing site Boxmeer.   The  most  upstream  stage  included  in  the  model  for  the  Pharma  product  X  supply  chain  is  the procurement stage of the two APIs. Both APIs are used for the production of the Pharma product X bulk, which are consecutively filled  into both the 50 ML and 100 ML FPUs. Afterwards the FPUs are  labeled and  shipped  to  the  ComOps.  For  a  graphical  representation  of  the  network  structure,  we  refer  to Appendix III. This network structure only includes the controlled stock points where safety stock is kept.     The  most  upstream  stage  in  the  biological  supply  chain  of  Bio  product  Y  in  this  research  is  the production of both Antigens. Four different bulks can be produced with A and B antigen. The A antigen can be produced  in Boxmeer and the manufacturing site  in the United Kingdom(UK), the B antigen on the other hand can only be produced in Boxmeer. Three of the bulks are produced and filled in Boxmeer and both  antigen  from UK  and Boxmeer  are used  for  this production process. One of  the A bulks  is produced at the manufacturing site in Spain and the A Antigen used is shipped from the UK. These four bulks are filled into different presentations and this results in nine different FPUs, which are labeled and subsequently shipped to various ComOps. This network structure, is given in Appendix IV.   Although there are several additives(e.g. water, packaging material) used during the various production phases, these are not included in the simulation model. The cost price of these products is considerably low compared to the cost price of the APIs/Antigens, FPUs and FPPs, and leaving these materials outside the scope of the research is therefore of minor impact. 

5.2  INPUT PARAMETER DESCRIPTION Within  this  conceptual model,  the  input  parameters  incorporated  in  the multi  echelon  safety  stock simulation model will be described. For each  input parameter  it  is described why  this parameter  is a necessary input for the simulation model, how the values are derived and how these parameters will be incorporated in the model. An overview of the values of these parameters for the Pharma product X and Bio product Y supply chains is given in respectively Appendix V and VI.   During the orientation phase we have  identified, by  investigating the supply chain characteristics, four important aspects which  are essential during  this master  thesis project:  Supply Uncertainty, Demand Uncertainty, Service  level  target and  Inventory Management Methods  (see, Figure 5.1). For  inventory management a service  level  target  is necessary as an  input  for  the  inventory optimization. Moreover, 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

22  

demand  and  supply  uncertainty  should  be  determined  and  incorporated  in  the model,  since  these uncertainties are important factors which influence the inventory levels. Finally, inventory management optimization methods  (i.e. multi echelon safety stock model) are used as means to reduce costs given the input parameters.  

 Figure 5.1: four main elements of research model 

 

The  inventory management method  in  this  research  project  is  the multi  echelon  safety  stock model which  incorporates the various demand and supply uncertainty factors. The working of this model will be  discussed  in  more  detail  in  chapter  6.  Several  different  supply  and  demand  uncertainty  input parameters can be distinguished. Moreover, there are several general  input parameters  (including the service level target which will be discussed in the next subsection).  These different input parameters are visualized in Table 5.1.   

Table 5.1: Input parameters and variables  quantitative model    General Variables  Demand Uncertainty  Supply Uncertainty Bill of Material  Demand Forecast   Yield Order Quantities  Actual Demand   Batch rejection  MRP Lead times    Test repetition  Cost parameters    Batch output fluctuation  Safety stocks    Actual Lead times 

 

There will be elaborated on these input parameters and variables in the upcoming sub sections, starting with  the  general  input  parameters.  Service  level  is  the  output  of  the  simulation  study  and  the performance measure. The uncertainty factors are the parameters which will be changed to determine the  impact  of  these  parameters  and  the  other  general  values  (e.g.  BOM  and  order  quantities)  are variables  incorporated  in  the model. Safety stock on  the other hand  is a parameter  in  this simulation study.  

5.2.1   GENERAL VARIABLES The general variables shown in Table 5.1 are discussed in this sub section. The input values of these variables are given in Appendix VA,B,C,D and VIA,B,C,D  Bill of Material(BOM) The Bill of Material  is used to determine the supply chain structure and the different controlled stock points  in  the  supply  chain. Moreover,  the  amount of material used  to produce  the  successor of  this material.  For  example,  the  amount of API  to produce  a batch of Bulk  and  FPU  is  given  in  the BOM. Furthermore, the factors to translate from one unit of measure to the other is described in the BOM. For example, the unit of measure of FPUs is the amount of vials and the unit of measure for API is Kilograms. The BOMs for the supply chains in scope are given in Appendix VA and VIA.      

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

23  

Order Quantities The order quantities at API/Antigen and FPU level are given and are equal to the fixed batch sizes agreed upon during  the registration of the product and production process. For  the FPPs, on the other hand, minimal order quantities are used. These minimal order quantities are calculated by using an adjusted EOQ, as already discussed in chapter 3.   Both  the batch  sizes  and  EOQ  values  are  fixed quantities  in  the  simulation model  and used  as MRP planning parameters. These values are equal to the order quantities at the controlled stock points.   Safety stocks The  actual  safety  stock  settings  are  used  to  determine  the  supply  chain  performance  in  the  current situation. The service level generated when running the simulation with the actual safety stock settings is used to validate the model.  In other words, the outcome of the simulation model  is compared with the actual service level measured by Intervet / S‐P A.H.  Afterwards the safety stock is variable and optimal values are found in an iterative manner to determine the best safety stock allocation over the controlled stock points for the different sub questions discussed in chapter 7.   MRP lead times The MRP  lead times are used as planning parameters  in the reorder point calculation at the controlled stock points. These estimated  lead  times  can be dived  into  transportation  time, quality  control  time, production time and planning time. These  lead times are expected values and therefore only used for the planning process.   Cost parameters  Two important cost parameters need to be distinguished: cost price and sales price. The former includes material costs and production cost and is necessary to determine the inventory cost at each stock point. Inventory cost are equal to 25% of the cost price. The later is used to determine the total sales volume in dollars, by multiplying the total demand by the sales price. The margin of each FPP can be determined by calculating the difference between sales price and cost price for each FPP. These margins are used in the service level calculation which will be discussed later on.   Service level Providing a clearly defined and measurable service  level  is essential, since at this point  in time there  is no overall accepted service  level at  Intervet / S‐P A.H. and a service  level  is one of the required  input parameters for inventory management optimization methods. The following service level definition was established in cooperation with Intervet / S‐P A.H.:  The fraction (percentage of margin volume in dollars) of customer demand that is met routinely (i.e. met directly out of stock without backorders or lost sales).   Remark:  from  stock  delivery  is  always  on  time  delivery  (i.e.  no  early  and  late  deliveries  in  case  of sufficient stock) and delivery time from ComOps to customer  is not taken  into account  in service  level definition. However, partial deliveries are allowed.   The service level will be determined with the following formula (a definition of the symbols is given in Appendix VIII):  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

24  

( ) ( )

( )∑

∑ ∑

=

= =

−⋅

⎟⎟

⎜⎜

⎛−⋅⋅⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−

= FPP

fppfppfppfpp

FPP

fppfppfppfpp

T

t fpp

fppfpp

CPSPD

CPSPDtD

tBtB

FR

1

1 1

)(

)()(

0),1()(max1

= average service level  

The service level for the supply chains in scope is determined by calculating the weighted average of all products  (FPPs)  in this supply chain. The target service  level which  is used as a starting point  is set on 98% and this percentage is used to determine the optimal safety stock settings.  

5.2.2   DEMAND UNCERTAINTY PARAMETERS The  variability of  the demand pattern has been  determined  by  investigating historical  demand  data, which  is  according  to  Intervet  /  S‐P  A.H.  employees  representative  for  the  (near)  future.  Accurate forecasting  is  necessary  to  cope  with  demand  uncertainties  when  predicting  future  demand.  The determination of actual sales and demand forecast is explained in this sub section.   Both an expected demand of end‐item i and the standard deviation of forecast errors of end‐item i need to be  calculated as  input parameters  for  the demand distribution used  in  this  research. The demand distribution selected for the quantity demanded is the Gamma distribution. The operational research of Burgin  (1975)  indicates  that  the  Gamma  distribution  is  best  applicable  for  demand  quantities.  The nonnegative characteristic of  this distribution  is  in  line with  the assumption  that demand needs  to be positive.  Moreover,  the  distribution  is  generally  mathematical  tractable  in  an  inventory  control applications and it is relatively easy to fit this distribution on data sets. Besides the Gamma distribution we have  tested  the Normal and Truncated normal distribution. However, using a Normal distribution was  not  possible,  since we  assume  that  demand  is  non‐negative.  The  Truncated  normal  distribution (negative  values  substituted  by  zero)  has  been  fitted,  however  since  the  coefficient  of  variation  for several demand quantities is higher than one this distribution does not resemble the actual demand.  Both a  scale and a  shape parameter  (alpha and beta) need  to be calculated  for each end  item  (FPP). These parameters are based on  the average and  standard deviation of  the demand  for  the particular end item. Historical demand of the last 12 months is used to determine the average demand. A period of 12 months is used since this covers a full year of sales and this period is the best representation of the actual demand pattern and is therefore best applicable to determine the average (expected) demand. 

Expected demand of end item i:   ∑−

−=

+=1

, )(1ns

iid stdn

μ   

di(t)   = actual demand for end item i in period t.  n   = # of months = 12  Silver et al. (1998) indicate that  there are several measures to determine the forecast errors. The Mean Square Error(MSE)  is not only applicable  for normal distributed demand and  therefore  this method  is used to determine the forecast error for each end item(FPP).  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

25  

Forecast errors:         MSEi(h) =  ( )∑−

−=

+−+−+1 2

),(ˆ)(1Ts

ii sthstdstdT

 

T     = length of planning horizon, being equal to 12 months di(t‐h,t)  = forecast made in period t – h for demand in period t of end item i.  h     = equal to 6 months  The forecast horizon(h)  is fixed and equal to 6 months. Therefore, the forecast estimated 6 months  in advance is used to determine the forecast error. We have selected a 6 months horizon, since Intervet / S‐P A.H. is currently using an average of forecast errors with a forecast horizon of 3, 6 and 9 months. The length of the planning horizon(T) is equal to 12 months, which indicates that the last 12 months (year) of sales is used to determine the MSE value.   

The  id ,σ can be calculated using the following formula:  iid MSE=,σ (Silver et al., 1998).The square 

root  is  used  to  convert  the  forecast  error  values  to  the  standard  deviation.    Since  these  demand parameters  are  currently measured  on  a monthly  basis  and  planning  is  updated  every  week,  it  is necessary  to  change  the  values  of  these  parameters  into  a weekly  average  and  a weekly  standard 

deviation. This has been done by respectively dividing id ,μ by 30/7 and  id ,σ by √(30/7). This method  is 

similar to the method used by Intervet / S‐P A.H. and since the simulation model resembles the planning model  of  Intervet  /  S‐P  A.H.  we  have  used  the  same  method  to  calculate  the  weekly  demand. Thereafter,  the  scale  and  shape  parameter  of  the  Gamma  distribution  can  be  estimated  as  follows (Burgin, 1975):  

Alpha = 

7/30

7/302

,

2,

id

id

i σ

μ

α =         Beta =  

7/30

7/30,

2,

id

id

i μ

σ

β =  

 

Actual Demand The actual sales will be generated each week  for each end  item and will be a random value  from  the Gamma distribution with the calculated scale and shape parameter. An overview of the scale and shape parameters for the different FPPs for the supply chains in scope is given in section 5.3.   Demand forecast The forecast will be a stationary forecast with a value equal to the average demand during the  last 12 

months of historical demand data: id ,μ .  In other words,  the demand  forecast  for  the products will be 

constant over time and have an equal value each week. This is agreed upon since the forecast calculated by  Intervet  /  S‐P  A.H.  for  the  selected  products  is  relatively  flat  as  well  and  this  therefore  fairly resembles the current situation at Intervet / S‐P A.H.  Forecast Accuracy The average forecast accuracy (FA) has been calculated by first calculating the average forecast accuracy per  time  period  for  each  end  item  (FPP).  This  has  been  done  by  calculating  the  absolute  difference between  the  actual  demand  in  period  t  )(tX fpp and  the  forecasted  demand fppμ   and  subsequently 

dividing  this absolute value by  the  forecasted demand. Afterwards  the average value over  the entire simulation length is taken to determine the average forecast accuracy per end item.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

26  

Hereafter, a weighted average of all end  items  (based on  the  absolute margin  in dollars)  is  taken  to determine the average forecast accuracy. 

 

( ) ( )

( )∑

∑ ∑

=

= =

−⋅

⎟⎟

⎜⎜

⎛−⋅⋅⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−

= FPP

fppfppfppfpp

FPP

fppfppfppfpp

T

t fpp

fppfpp

CPSPD

CPSPDtX

FA

1

1 1

)(

)(1,)(min

μ

This  forecast accuracy  is used to compare the demand uncertainty scenarios  in the sensitivity analysis discussed in chapter 7.2. The current forecast accuracy and the desirable forecast accuracy (average of 65%) are shown in Table 5.2 and 5.3. Remark:  the actual  forecast accuracy  in  the  current  Intervet  / S‐P A.H.    situation  is 36% and 60%  for respectively Pharma product X and Bio product Y. This difference can be explained by the fact that the forecast  accuracy  calculation  in  this  research  project  is  stricter  than  the  actual  forecast  accuracy calculation.

 

Table 5.2: Forecast accuracy Pharma product X    Pharma product X  Current accuracy  65% accuracy Forecast Accuracy  100 ML  60.34% 86.96%Forecast Accuracy  50 ML  30.92% 61.39%Average Forecast Accuracy   35.01% 64.96% Table 5.3: Forecast accuracy Bio product Y       Bio product Y  Current accuracy  65% accuracy Forecast Accuracy AFPP 100 ML  41.37% 59.06% Forecast Accuracy A FPP 20 ML  35.39% 62.59% Forecast Accuracy A FPP 250 ML P  13.77% 27.92% Forecast Accuracy A FPP 250 ML T  29.80% 55.33% Forecast Accuracy A FPP 50 ML  36.54% 62.42% Forecast Accuracy B FPP 20 ML  38.83% 65.27% Forecast Accuracy B FPP 50 ML  46.25% 71.64% Forecast Accuracy C FPP 20 ML  32.39% 51.67% Forecast Accuracy C FPP 50 ML  27.68% 57.35% Average Forecast Accuracy  40.29% 65.05% 

5.2.3   SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS The supply uncertainty factors summed up in Table 5.1 will be incorporated in the simulation model as well. These parameters are discussed consecutively. The actual data extracted from SAP is ranging from the beginning of 2006 until august 2009. This  is, according to  Intervet / S‐P A.H. employees, the most reliable data and since it is the most recent data also the most representative for the (near) future.    Stochastic lead times: Four types of lead times can be distinguished, namely: 

1. Production time 

2. Production Planning time 

3. Transportation time 

4. Quality check time 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

27  

All  these  lead  times  have  been  expressed  in  calendar  days  to make  sure  that  calculations  are  done correctly.  For  each of  these  times  a distribution  has been  fitted which  is  used  as  the  actual  lead  time  for  the various phases. The distribution  is fitted on the actual data retrieved by using Every Angle, which  is an add on  for SAP and  is an useful  tool  to extract data  from SAP. The add on  for Microsoft Excel named @Risk  is used to determine the best fitting distribution functions for these  lead times. However, when there  is no  fitting distribution  function,  an  empirical distribution  is used  and  there will be  randomly drawn  from  this distribution  (which  is an option  in  the simulation software used). An overview of  the distributions used for the different lead times is shown in Appendix VF and VIF.   Besides  the  distribution  functions  shown  in  Appendix  VF  and  VIF,  there  are  lead  times  for which  no distribution could be fitted. Therefore, we have chosen the empirical distribution for the process times of Bulk, FPU and FPP. Moreover, the transportation time for FPPs from manufacturing site to ComOps is taken as deterministic with a value equal to the MRP parameter value since for most of the ComOps (i.e. those ComOps which are not on SAP) there is no actual data for the transportation times available and the values for transportation times for the SAP ComOps are relatively constant.   Yield An  important uncertainty  factor, mainly  in biological  supply  chains,  is  the  yield uncertainty. Nahmias (2005)  indicates  that  this  yield  uncertainty  results  from  imperfect  production  processes. Recommendations  to  incorporate  this  yield  uncertainty  in  the MRP  planning  are  adjusting  the  scrap allowance (Nahmias, 2005) or the safety stock (Silver et al., 1998). The yield uncertainty  is determined by calculating the actual yield factor (i.e. the activity factor of a particular Antigen batch) and determine the difference (in percentage of the expected yield factor) of each batch compared to the expected yield factor (i.e. the proportion unit, which is the standard activity used as planning parameter in MRP). These values are calculated and determined after the quality inspection of the Antigens. The yield fluctuation is drawn from an empirical distribution (i.e. yield values are randomly drawn from the yield fluctuations data set). Average yield values are given in Appendix VIE.   Batch value deviations Besides  the  yield  uncertainty  for  the  biological Antigens,  there  is  a  quantity  difference  between  the target quantity and  the actual quantity of each batch produced. During  the production process,  there might be a loss of material which results in a lower batch quantity and therefore there is a batch value deviation. This deviation is determined in the same manner as the yield uncertainty factor and given in Appendix VE and VIE.  Test repetition After the quality test there might be indicated that one of the tests needs to be redone, because certain test values fall outside the specifications. This might indicate that there are problems with the quality of the batch or with the validity of the test. Therefore, a test resulting in values outside the specifications will be repeated. This parameter  is  incorporated by  including a percentage of test repetition after the main  quality  inspections  at  the  API/Antigen  and  FPU  stock  points.  This  parameter  is  calculated  by determining  the percentage of  the  total number of batches at each stock point which are retested. A binominal distribution with the calculated percentage  is used to determine whether a batch should be retested. The binominal distribution is the best fitting distribution, since the data indicates that a certain percentage of the tests needs to be redone. Retests do not occur in the Pharma product X supply chain, however  there  are  tests  redone  in  the  Bio  product  Y  supply  chain  at  Antigen  and  FPU  level.  The percentage of test repetition for the Biological supply chain is given in Appendix VIE.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

28  

Batch rejection When quality inspections indicate that there is a serious problem with the quality of a certain batch, it might be necessary to reject the whole batch or in some cases part of the batch. This is of considerable importance for the planning process, since this  is an unexpected  loss of a (sub) batch. A percentage of batch  rejections  is determined  in  the  same manner as  the  test  repetition percentage. Moreover,  the binominal distribution  is used for this  input parameters as well. The reasoning for using the binominal distribution is similar to the reasoning described for test repetition. These batch rejections only occur at the FPU and API/Antigen stock points. The percentage of batch rejections at each stock point is given in Appendix VE and VIE.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

29  

6  SIMULATION MODEL (CONCEPTUALIZATION) In this chapter, the design of the simulation model used to determine the impact of various safety stock allocations over the three controlled stock points on the service  level   for the different sub questions  is given. Section 6.1 discusses  the assumptions of  the  safety  stock model. The working of  the  simulation model is described in section 6.2. In section 6.3, the validation and verification of the model is described.  

6.1  MODEL ASSUMPTIONS This section presents  the assumptions made  in  this  simulation study. The assumptions  indicate which aspects are taken into account and which aspects are beyond the scope of the simulation model.   Assumptions   

General - The model considers the total supply chain,  i.e.  it should be a multi‐echelon model, containing 

the three controlled stock points shown in Figure 6.1.  - Shortages are backordered and will be delivered the first period when inventory is available - Partial deliveries are possible from FPP to customer and from FPU to FPP - From API/Antigen to Bulk and Bulk to FPU there are no partial deliveries - Batch sizes are registered and therefore fixed at the API/Antigen, Bulk and FPU stock point.   - Planning will be updated on a weekly basis(time bucket = one week) - Order Quantities / Batch sizes are given - Resource capacity is non restricting - Safety stocks are integer values Demand - Demand quantities are gamma distributed - There is no trend or seasonal pattern in demand - Forecast error is based on forecast 6 months before actual sales - End items (FPPs) are arranged based on decreasing revenue margin and demand of end items 

with highest margin is fulfilled first  

6.2  SIMULATION MODEL DESIGN A combination of the various uncertainty factors, discussed  in chapter 5, results  in  increased modeling complexity. Bertrand en Fransoo (2002), indicate that in case of high complexity, computer simulations are often used  instead of mathematical models. Therefore, we have decided  to establish a simulation model to conduct this research.   The  simulation  model  reflects  the  companies’  planning  process  and  since  Material  Requirements Planning(MRP) is used as the planning tool at Intervet / S‐P A.H. it is necessary to utilize the MRP logic in the simulation model.  The simulation program Arena 12.0 is used as the modeling tool because of the ease  in usability  (i.e. relatively easy  for output gathering and analysis). The simulation model uses the constant MRP planning data used at  Intervet  / S‐P A.H.  to determine  the  reorder points at  the  three controlled  stock points. Moreover, various distributions are used  to model  the actual  lead  times and other uncertainties in this simulation model. The MRP planning data and actual lead time averages and distributions are shown in Appendix VF and VIF. We will simulate the supply chain of one pharmaceutical product group (Pharma product X) and two biological product groups (A and B).  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

30  

The three main process (i.e. FPP, FPU and API/Antigen) will be discussed separately in the remainder of this section and are visualized in Figure 6.1 . The definition of the symbols used in this section are given in Appendix VIII. 

Figure 6.1: three controlled stock points in simulation model 

 

Since we want to perform a stationary simulation,  it  is necessary to determine a warm up period. This warm  up  period  is  the  simulation  time  required  to  achieve  a  steady  state  condition. A  steady  state simulation  implies  that a  simulation has  reached a point  in  time where  the  state of  the  simulation  is independent  of  the  initial  start‐up  conditions.  Besides  the  warm  up  period,  it  is  also  necessary  to determine the run  length and the number of replications. A description of the determination of these parameters is given in Appendix IX.  Object function The objective of this simulation model is to minimize the Average Total Inventory cost in the total supply chain, while  reaching  the desired  service  level  and  given  the MRP  logic.  This objective  is  reached by changing the safety stock values at the three controlled stock points. Safety stock  is used as the  input variable  in  this model and  two other  types of  inventory, namely Work  in Process  (Quality  stock) and Physical Inventory (Released stock) are recorded and used as output variables in this simulation model. The  Total  Inventory  is  the  Physical  Inventory  plus  the Work  In  Process.  This  leads  to  the  following objective function:  

( ) ( ) ( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅++⋅++⋅+ ∑∑∑

===

RM

rmrmrmrm

FPU

fpufpufpufpu

FPP

fppfppfppfpp CPPIWIPCPPIWIPCPPIWIP

111

)()()(min      (1) 

 

The average Work In Process and average Physical Inventory at the three controlled stock points can be calculated by using formula (2) and (3).  

T

tWIPWIP

T

tfpp

fpp

∑== 1

)(

T

tWIPWIP

T

tfpu

fpu

∑== 1

)(

T

tWIPWIP

T

trm

rm

∑== 1

)( (2) 

T

tPIPI

T

tfpp

fpp

∑== 1

)(

T

tPIPI

T

tfpu

fpu

∑== 1

)(

T

tPIPI

T

trm

rm

∑== 1

)( (3) 

 Performance measure To  determine  the  overall  service  level  (i.e.  fill  rate), which  is  the  performance measure  used  in  this model, first the service level of each individual FPP has been calculated. This has been done by dividing the total incremental amount of back orders by the total demand over all simulation periods. One minus this  value  is  the  service  level  of  this  end  item. We  have  determined  the  weighted  average  of  the individual fill rates to determine the overall fill rate. The service level used to calculate the service level of the supply chains  in scope  is determined with formula 4. On average, the FPPs with higher revenue margins will perform better, since the FPPs are arranged based on revenue margin in a decreasing order and delivering the demand of FPPs with high margin has a higher priority than demand of other FPPs. Eventually, this results in a higher average performance. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

31  

( ) ( )

( )∑

∑ ∑

=

= =

−⋅

⎟⎟

⎜⎜

⎛−⋅⋅⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−

= FPP

fppfppfppfpp

FPP

fppfppfppfpp

T

t fpp

fppfpp

CPSPD

CPSPDtD

tBtB

FR

1

1 1

)(

)()(

0),1()(max1

(4) 

The average demand for a particular end item (FPP) is calculated by using the following formula: 

T

tDD

T

tfpp

fpp

∑== 1

)( (5) 

This performance measure is used as a constraint when determining the minimal average inventory with formula (1). Formula (6) indicates that the service level should be greater or equal than 98%.  

%98≥FR (6)  This performance  is measured at the same moment as the  inventory positions are analyzed. Each time period  (i.e. week)  the  performance  is measured  before  the  inventory  position  are  updated  or  other decisions are made.   The update moments are shown  in Figure 6.2. This Figure shows the moments  in time (in a certain time period(t)) on which  inventory updates are carried out. At the beginning of each period the demand  is created, afterwards the  inventory positions and the performance are measured. Hereafter,  the  demand  is  deducted  from  the  inventory  positions  and  subsequently  there  is  decided whether  production  is  necessary.  Afterwards,  the  outstanding  production  orders  come  in  and  the inventory  positions  are  increased  with  the  production  volumes.  The  red  arrow  indicates  that  the Inventory  Positions  are  analyzed  and  the  performance  is measured  before  the  inventory  position  is updated in each time period.   

Figure 6.2: update moments in time  

6.2.1   FPP PROCESS The demand for all end items arrives once a week (7 calendar days) in random quantities. An overview of  the  average  and  standard  deviation  and  the  associated  scaling  parameters  for  the  Gamma distribution  is given  in Appendix VD and VID. The planning system works with weekly time buckets and updates  the  system  every  week.  The  demand  for  each  end  item  is  determined  with  the  following formula:  

),()( fppfppfpp GammatD αβ= (7)  

In this simulation model we distinguish two main types of  inventory, namely the Inventory Position(IP) and the Physical Inventory(PI). The Physical Inventory is the inventory on stock which is actually free and available  and  the  Inventory  Position  is  the  Physical  Inventory minus  the  Backlog  plus  the  Scheduled Productions. The Inventory Position has been update by the following formula directly after the demand has been generated (i.e. the IP is immediately adjusted and decreased by D).   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

32  

)()(:)( tDtIPtIP fppfppfpp −=                           (8)  

Hereafter, a check  is performed whether  the demanded quantity  is  larger  than  the Physical  Inventory (Dfpp > PIfpp). If this is true, the PI is shipped resulting in a physical inventory equal to zero. The remainder of  the demanded quantity  is backlogged.  If Dfpp ≤ PIfpp,  the PI  is decreased by  the quantity demanded (formula (12)). 

)()( tPItQS fppfpp =                          (9)

 

0)( =tPI fpp                                           (10) 

)()()(:)( tQStDtBtB fppfppfppfpp −+=                              (11) 

)()(:)( tDtPItPI fppfppfpp −=                                 (12)  

Now  it  is  determined  if  production  is  needed.  The  following  formula  is  used  to  check  whether production is necessary: 

LTfppfppfpp DSStIP +≤)(                                   (13) 

 

The demand during the lead time is calculated by multiplying the average demand per week by 1/7 and then multiplied by the fixed lead time parameters(expressed in calendar days) in MRP.  

)(71

fppfppfppfppiLTfpp PLTTTQTPTDD +++⋅⋅=                          (14) 

If (8) is true, the inventory needs to be increased and production is started. Before production starts it is checked whether the Physical Inventory at the preceding stock point (i.e. FPU stock point) is sufficient to produce  the order quantity  required at  the FPP  level. This  is done by using  the  following  formula  for each FPP: 

)()( tQtPI fppfpu ≥                                    (15)  

The  Qfpp(t)  value  is  zero  for  those  FPPs  which  do  not  need  additional  inventory  and  equal  to 

NnQn fpp ∈⋅ , , for those FPPs who do need additional inventory to increment the inventory position to 

the desired level. The list of order quantities is given in Appendix VD and VID.  The Actual Order Quantity (AOQ) is used to determine the actual amount of FPPs which is produced and depends on the amount of inventory at the FPU. This value is calculated by using formula (16). The FPPs are arranged based on revenue margin  in decreasing order and therefore the FPPs gaining the highest revenue are produced first. By using this allocation mechanism, the backorder volume is minimized.  

))(),(min()( tQtPItAOQ fppfpufpp =                                          (16)  

Hereafter,  the  Inventory Position at FPP  level  is  immediately  increased with AOQ  (formula  (17)). This process  has  been  repeated  for  all  the  FPPs  and  therefore we  have  checked whether  production  is necessary for each FPP at the beginning of each week. 

)()(:)( tAOQtIPtIP fppfppfpp +=                                (17)  

The following formulas will be used to update the Inventory Position, Physical Inventory and Backlog at the FPU level. 

)()(:)(1

tQtIPtIPFPP

fppfppfpufpu ∑

=

−=                                (18) 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

33  

∑=

−=FPP

fppfppfpufpu tAOQtPItPI

1)()(:)(                              (19) 

∑∑==

−+=FPP

fppfpp

FPP

fppfppfpufpu tAOQQtBtB

11)()(:)(                            (20) 

The orders or part of the orders which were not produced because of the  lack of  inventory at the FPU level are  stored as outstanding orders. The amount of outstanding orders  for each  FPP  in each  time period is calculated by formula (21). The sum of the outstanding orders at the FPP level is equal to the Backlog amount at the FPU level.  

)()()(:)( tAOQtQtOOtOO fppfppfppfpp −+=                           (21)  

Those outstanding orders are released when the FPU inventory is greater than zero again. This happens when the FPU production has finished and the FPU  inventory  level  is  increased by the order quantity. The Quantity Used for these outstanding orders is calculated with the following formula:  

))(),(min()( tBtPItQU fpufpufpu =                                (22)  

The amount of FPU Backlog and FPP outstanding orders is reduced by the Quantity Used. When the FPU Physical  Inventory  is  greater  than  the  FPU  Backlog,  all  outstanding  orders will  be  produced  and  the amount  of  Outstanding  orders  and  the  FPU  Backlog  will  be  equal  to  zero.  The  remainder  of  the Outstanding Orders is stored again, in case the FPU Backlog is greater than the Physical Inventory. This is calculated  by  using  formula  (23).  The  AOQ  for  the  released  outstanding  orders  is  equal  to  the outstanding order amount (formula (24)). Moreover, the Physical Inventory and Backlog amount at the FPU level are decreased by using formula (25) and (26). 

))()(,0max(:)( tQUtOOtOO fpufppfpp −= (23) 

)()( tOOtAOQ fppfpp =                                      (24) 

)()(:)( tQUtPItPI fpufpufpu −=                               (25) 

)()(:)( tQUtBtB fpufpufpu −=                                (26)  

Thereafter, the production process starts for those FPPs which need additional  inventory. This process consists of two subsequent steps at the manufacturing site: the actual production (labeling) process and  the production planning.   Thereafter, the products are transported to the Commercial Operations and finally a local quality control process will take place. An overview of the distributions and averages of the lead  times  is  given  in  Appendix  VF  and  VIF.  After  the  production  process  has  finished  the  Physical Inventory is updated by the following formula:  

)()(:)( tAOQtPItPI fppfppfpp +=                                          (27)  

Production can be finished at any moment within each time period, since the production times can be any positive integer number of days. However, planning is updated on a weekly basis and therefore the total  production  time  in  days will  be  rounded  off  to  the  nearest  integer  number  of weeks  and  the production will be available at the beginning of this week (e.g. when the total production time is equal to 25 days, the production will be available at the beginning of week 4).  After  the physical  inventory  is  increased with  the AOQ,  it  is  checked whether  any Backlog has  to be shipped.  The  Backlog  can  be  greater  than  the  new  available  PI  since  demand  can  occur  during  the production time.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

34  

When  this  demand  is  greater  than  the  sum  of  the  Order  Quantity  and  Physical  Inventory  before production,  not  all  Backlog  can  be  shipped.  This  Backlog  is  therefore  checked with  the  PI  and  the minimum  of  the  two  is  used.  Thereafter,  the  Physical  Inventory  and  Backlog  are  decreased  by  the Quantity Used.  

))(),(min()( tBtPItQU fppfppfpp =                                (28) 

)()(:)( tQUtPItPI fppfppfpp −=                                (29) 

)()(:)( tQUtBtB fppfppfpp −=                                 (30)  

6.2.2   FPU PROCESS Demand  at  the  FPU  level  is  the  demand  derived  from  FPP.  This  demand will  be  deducted  from  the Inventory at  FPU  level directly when production at  FPP  is necessary. The  Inventory Position, Physical Inventory and Backlog are updated by using formula  (18),  (19) and  (20). Similar as at the FPP  level, at FPU level there has been determined each week whether production is needed. The following formula is used to check whether production is necessary at the FPU level: 

LTfpufpufpu DSStIP +≤)(                                  (31) 

 

The demand during the lead time is calculated by multiplying the average demand per week by 1/7 and then multiplied by the fixed lead time parameters in MRP.  

)(71

1fpufpufpu

FPP

fppfpp

LTfpu QTPTPLTDD ++⋅⋅= ∑

=

                          (32) 

 

If (31) is true the inventory needs to be increased and production is started. Before production starts it is  checked  whether  the  Physical  Inventory  at  the  preceding  stock  point  (i.e.  API/Antigen  level)  is sufficient to produce the order quantity required at the FPU  level. Since there are no partial deliveries from API/Antigen  stock point  to  the FPU  stock point  it  is only possible  to  start FPU production when there  is  sufficient API/Antigen available. Therefore,  formula  (34) and  (35) are used when  respectively there  is  sufficient  API/Antigen  and  there  is  not  sufficient  API/Antigen.  Whether  there  is  sufficient API/Antigen to produce a full batch is checked by using formula (33).  

rmfpurm BFAPQPI ⋅≥                                   (33) 

)()( tQtAOQ fpufpu =                                   (34) 

0)( =tAOQfpu                                     (35) 

Since,  the batch  size of  some of  the  FPUs  is  smaller  than  the Bulk batch  size  and  the  total Bulk volume always needs  to be  filled  into FPUs  it  is sometimes necessary  to  fill  the  remainder of  the Bulk  into another FPU presentation (e.g. part of the Bulk  in 20 ML FPU and the rest  in 50 ML FPU vials). This remainder part is calculated by using the following formula: 

( )fpu

fpufpufpufpu BF

BFtAOQAPQtROQ ')()(

⋅−=                          (36)

The BOM  factors(BF)  indicate  the  amount of Bulk necessary  for  a  fixed  amount of  FPU  vials. An overview of the BOM Factors for all the FPUs is given in Appendix VA and VIA. In case the Bulk order quantity is equal to the FPU order quantity, the rest order quantity(ROQ) is equal to zero.  When there are more possible FPUs to  fill the remainder of the Bulk, there  is checked which FPU (which  can  be  produced  with  this  Bulk)  has  the  lowest  Inventory  Position  at  the moment  the production planning starts.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

35  

In other words, the model compares the Inventory Positions of the remaining FPUs using the same Bulk as  the Bulk produced and allocates the remaining Bulk  to the FPU production process of the FPU with the lowest Inventory Position.   The Actual Production Quantity  is equal  to  the Order Quantity of  the Bulk,  since  the production process  is  restricted by  the  registered Bulk batch  size. The amount of API/Antigen necessary  for the production of a FPU batch  is equal to the Actual Production Quantity plus the Fixed Quantity, which  is  used  as  a  start  up  amount  for  the  Bulk  production  process.  The  values  of  these  fixed quantities are given in Appendix VA and VIA. 

bulkfpu QAPQ =                                    (37) 

bulkfpufpu FQAPQARQ += 

                             (38)  

If formula (33) holds, and therefore there is sufficient inventory at the API/Antigen level, the Inventory Position of  the FPU which demanded additional  inventory will be updated by using  formula  (39). The Inventory Position of  the other  FPU will be updated by using  formula  (40),  in  case  there  is  still Bulk material available after the production of the other FPU batch. 

)()(:)( tAOQtIPtIP fpufpufpu +=                               (39) 

)()(:)( tROQtIPtIP fpufpufpu +=                               (40) 

Moreover,  the  Inventory  Position  and  Physical  Inventory  at  the API/Antigen  levels  are  decreased  by using formula 41 and 42.  

rmfpurmrm BFARQtIPtIP ⋅−= )(:)( (41) 

rmfpurmrm BFARQtPItPI ⋅−= )(:)(                               (42) 

rmfpurmrm BFARQtBtB ⋅+= )(:)(                               (43)  

If formula (33) does not hold, this indicates that there is not sufficient inventory at the API/Antigen level and the prospected order should be backordered. The inventory positions of the FPUs are increased by using  formula  (39)  and  (40).  However,  the  orders which were  not  produced  because  of  insufficient API/Antigen  inventory are stored as outstanding orders. The amount of outstanding orders at the FPU level  is  updated  by  using  formula  (44).  Furthermore,  the  Inventory  Position  and  Backlog  at  the API/Antigen levels are updated by using formula (41) and (43).  

)()(:)( tQtOOtOO fpufpufpu += (44) 

These outstanding orders remain stored until the API/Antigen inventory is sufficiently high to produce at least one batch of FPU (which has been checked by using formula (33)). The amount of orders released is determined by using formula (45). Thereafter, the outstanding orders at the FPU level and the Physical Inventory and Backlog at the API/Antigen level are updated by using respectively formula (46), (47) and (48). 

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

)()(

),(min)(tBFtPI

tOOtORrm

rmfpufpu                              (45) 

)()(:)( tORtOOtOO fpufpufpu −=                                (46) 

( ))()()(:)( tBFtORtPItPI rmfpurmrm ⋅−=                              (47) 

( ))()()(:)( tBFtORtBtB rmfpufrmrm ⋅−=                              (48) 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

36  

A part of the amount of outstanding orders will not be released, when the amount of inventory available at the API/Antigen  level  is  insufficient to reduce the total amount of outstanding orders. These orders will wait until  the  inventory at  the API/Antigen  level will be  increased again. The other orders will be produced directly when they are released. 

 

 Now  the  actual production process  starts.  This process  consists of  two  separate processes.  The Bulk production process where API/Antigen is used to produce Bulk and the filling process where this Bulk is filled  into vials. The Bulk process consists of a production planning process a production process and a small  quality  test  afterwards.  The  Filling  process  consist  of  a  planning  process,  the  actual  filling  and afterwards  two quality  tests  are executed  in parallel. The distribution  and  the  average of  these  lead times is given in Appendix VF and VIF.   After the filling process a deviation of the expected actual order quantity can exist. These deviations are calculated by using  formula  (49) and  (50). The Dv values are  the deviations  from  the expected actual order quantities and are drawn from an empirical distribution which are read from excel. 

))(1()()( tDvtAOQtAOQ fpufpuDfpu +⋅=                                        (49) 

))(1()()( tDvtROQtROQ fpufpuDfpu +⋅=                                        (50) 

       

After the quality control there is a possibility that a test needs to be redone and this results in additional quality time. This retest can be done for several times and will be repeated with a certain percentage. Moreover, a certain percentage of the batches will be rejected. When a batch is rejected, the inventory position at the FPU level is been updated again by the following formulas: 

)()(:)( tAOQtIPtIP Dfpufpufpu −=                               (51) 

)()(:)( tROQtIPtIP Dfpufpufpu −=                               (52) 

 

When  the  batch  has  not  been  rejected,  the  FPU  process  is  finished  and  the  PI  at  FPU  level  can  be updated by the following formula (53) and (54). After the Physical Inventory has been increase with the AOQ, there has been checked whether any outstanding Backlog has to be shipped. This is the Quantity Used value which has already been discussed in sub section 6.2.1 in formula 22, 25 and 26. 

)()(:)( tAOQtPItPI Dfpufpufpu +=                                                   (53) 

)()(:)( tROQtPItPI Dfpufpufpu +=                                                   (54) 

6.2.3   API/ANTIGEN PROCESS        Demand at the API/Antigen level is the derived demand from FPU and therefore indirectly derived from FPP as well. This demand will be de deducted  from  the  Inventory at API/Antigen  level directly when production at FPU  is necessary. The  Inventory Position and Physical  Inventory at the API/Antigen  level are decreased by using  formula  (41) and  (42) when  there  is  sufficient  inventory and  the Backlog and Inventory Position at the API/Antigen level are updated by using (41) and (43) when there is insufficient inventory at the moment when a batch of one of the FPUs needs to be produced.   Thereafter,  it  is  checked  whether  production  is  needed.  The  APIs  are  transported  instead  of produced,  since  they are bought  from an external  supplier. For  the Antigens, on  the other hand, this is a production process. Formula (55) is used to check whether production is necessary.  The demand during the lead time can be calculated with the formula (56) and (57) for API and Antigen respectively. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

37  

LTrmrmrm DSStIP +≤)(                                   (55) 

rmfpu

FPP

fppfpp

rmrmLTrm BFBFD

TTQTD ⋅⋅⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+= ∑

=17                          (56) 

rmfpu

FPP

fppfpp

rmrmLTrm BFBFD

PTQTD ⋅⋅⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+= ∑

=17                           (57) 

If  this  is  true,  then  production  is  needed  and  first  the  inventory  position  is  updated  by  using formula (58). 

)()(:)( tQtIPtIP rmrmrm +=                                (58)  

Thereafter,  the production process  starts. This process  contains a  transportation phase and a quality control phase for APIs and a production phase and a quality phase for Antigens. Since there are batch value deviations  in the Antigen production process, the  inventory position of the Antigen needs to be updated after the production phase. This is done by using formulas (59) and (60).  

))(1()()( tDvtQtAOQ rmrmrm +⋅=                                          (59) 

)()()(:)( tAOQtQtIPtIP rmrmrmrm +−=                                        (60)         

Antigens can be  retested and  this will be necessary  for a predetermined percentage of  the Antigens. Batch  rejection  is  possible  for  both  APIs  and  Antigens  after  the  final  quality  check  is  executed.  A percentage of  the batches will be  rejected and  for  these batches,  the  Inventory Position needs  to be updated by using formula (61).  

)()(:)( tAOQtIPtIP rmrmrm −=                                          (61) 

 

Finally there could be a yield fluctuation which becomes obvious after the final quality check as well. The yield  fluctuation  is variable  for  the Antigens and zero  for  the APIs. Formula  (62) and  (63) are used  to update  the  Physical  Inventory  and  Inventory  Position  after  this  yield  fluctuation  is  known.  The percentages  of  batch  rejection  and  test  repetition  and  the  average  batch  value  deviation  and  yield fluctuation are given in Appendix VE and VIE.  

)()()(:)( tYtAOQtIPtIP rmrmrmrm ⋅+=                                        (62) 

))(1()()(:)( tYtAOQtPItPI rmrmrmrm +⋅+=                                      (63) 

6.3  VERIFICATION AND VALIDATION Verification  is  concerned with  determining whether  the  conceptual  simulation model  (mathematical model) has been  correctly  translated  into  a  computer program  (simulation program Arena 12.0),  i.e. debugging  the  simulation  computer  program.  Validation  is  the  process  of  determining whether  the simulation model is an accurate representation of the system, for the particular objectives of the study (Law  &  Kelton,  2000).  Validation  can  be  divided  into  data  validation  and  model  validation.  The verification and  validation are discussed consecutively in subsection 6.3.1 and 6.3.2.  

6.3.1   VERIFICATION When building  the  simulation model, we have  verified   parts of  the model  separately.  This makes  it easier to trace the problem, when problems were signaled during the verification phase.  According to Kleijnen (1995), it is possible to verify the model by verification of intermediate simulation output. We have decoupled the three parts of the model (FPP, FPU, API/Antigen) and verified the output 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

38  

of  these models  separately  (i.e.  checked whether  the model  behaved  as  expected).  The model was debugged and afterwards we have checked whether the input data stayed unchanged after simulation. Moreover we have checked the correctness of the functions used in the simulation model (i.e. does the function used resemble the mathematical formula in the mathematical model).  

6.3.2   VALIDATION After  having  verified  the  model,  the  validation  process  started.  Checking  the  data  validity  is  the responsibility  of  the  user.  It  is  the  users  responsibility  to  check  the  input  data  for  consistency  and determine if they are correct. The input data gathering is discussed in chapter 5 and has been gathered in  cooperation with  Intervet  /  S‐P A.H.  employees.  Together we  have  checked  the  data  validity  and agreed upon the data used.   The model validity has been checked by assessing whether the simulation model behaves as expected. We have used various extreme scenarios to check the behavior of the simulation model. The scenarios are shown in Table 6.1 and are discussed consecutively.  

Table 6.1: Model Validity Scenarios 

Uncertainty factor  Zero  Extreme 

Demand  0  1,000 times average demand Physical Inventory  0  > total demand during simulation time Lead Times  0  1,000 times average lead time 

 Demand In case of zero demand, the simulation model does not produce and the amount of backorders is equal to zero. In case of extreme demand, all demand is backordered  and production is started every week.   Physical Inventory In case of zero physical inventory, the first weeks all demand is backordered and production starts every week. After  a while,  backorders  are  delivered  and  the  system  stabilizes. When  physical  inventory  is greater  than  the  total  demand  during  simulation  time,  the  system  does  not  produce  since  there  is sufficient inventory to fulfill demand.   Lead Times In case of zero lead times, the fill rate is almost equal to one at the FPP stock points and equal to one at the FPU and API/Antigen  stock points. This  is  in  line with  the expectations  since  it  is only possible  to create Backlog when the demanded quantity from an external supplier is higher than the reorder point of this FPP and this happens rarely. At the other stock points this does not happen. When lead times are extremely long, the system gives an error message, since the number of entities in the system becomes too large becomes it takes to long before the entities leave the system.   The results of these scenarios are all in line with the expectations and therefore it is concluded that the tool  is  valid. The  final  validation  is  conducted by  running  the  simulation with  the  Intervet  /  S‐P A.H. settings. The service level are, as will be described in chapter 7, equal to 94% and 95% for respectively Pharma  product  X  and  Bio  product  Y.  These  percentages  indicate  that  the model  performance  as expected,  since  the  actual  average  service  level  is  around  98%  and  in  general  reality  always  out performance the model (because of the  lack of flexibility  in the model which the planners have  in real life).  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

39  

7  RESULTS (MODEL SOLVING) This chapter presents the results of the multi echelon safety stock model used to determine the impact of various safety stock allocations over the three controlled stock points on the service level for the different sub questions. First, section 7.1 discusses the experimental design, including the different sub questions. Afterwards, the results obtained for the various sub questions are presented in section 7.2.  

7.1  EXPERIMENTAL DESIGN Several sub questions are developed based on the research question presented in chapter 4. These sub questions are distinguished,  to  investigate  the  impact of  the various uncertainty  factors on  the safety stock costs and to determine the safety stock allocation at the three controlled stock points resulting in the lowest safety stock costs for the supply chains in scope for a given service level. The description of these  sub questions  is presented  in  this  section and  the  results  found  to answer  these questions are presented in section 7.2. The main research question was formulated as follows:  

What is the impact of the different uncertainty factors on the safety stock levels and what is the optimal safety stock level at the various stock points to reach the service level against minimal inventory costs? 

 

Based  on  this  research  question,  we  have  distinguished  7  sub  questions  which  will  be  answered throughout  this  research.  These  research  questions  will  be  presented  consecutively.  There  will  be elaborated on  sub question 1  in  sub  section 7.1.1 and afterwards on  sub question 2  in 7.1.2.  Finally section 7.1.3 discusses sub question 3.   Sub question 1a:  What  is  the  safety  stock  allocation  at  the  three  controlled  stock  points  resulting  in  the  lowest  total inventory costs for the supply chains in scope, given a 98% service level?  

Sub question 1b: What  is  the  safety  stock  allocation  at  the  three  controlled  stock  points  resulting  in  the  lowest  total inventory costs for the supply chains in scope, given a 99% service level?  

Sub question 2a: What is the impact of each individual uncertainty factor on the total inventory given a 98% service level?  

Sub question 2b:  What is the impact of the combination of uncertainty factors on the total inventory given a 98% service level? 

 

Sub question 3a:  What is the impact of a change in yield fluctuations on the total inventory given a 98% service level?  

Sub question 3b:  What is the impact of a change in batch rejection on the total inventory given  a 98% service level?  

Sub question 3c:  For which uncertainty factor results a reduction of approximately 50%  in the highest reduction  in total inventory costs?    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

40  

7.1.1   SAFETY STOCK ALLOCATION AGAINST MINIMAL COSTS The  ultimate  goal  in  analyzing  a  simulation model,  is  according  to  Law  and  Kelton  (2000),  to  find  a combination  of  the  input  factors  that  optimizes  a  key  output  performance measure  (minimize  the inventory  costs while  reaching  the  target  service  level  in  this particular  case).  This  scenario  is  a  two phased optimization procedure starting with the determination of the optimal safety stock setting given a  98%  service  level.  This  service  level  has  been  used  as  a  standard  to  optimize  the  safety  stocks throughout the supply chain, since a service level of 98% is defined as feasible for Intervet / S‐P A.H. and this  is  the  current  performance measured.  This  scenario  indicates  how  the  safety  stock  should  be divided over the three controlled stock points to reach the 98% service  level against minimal costs. An iterative optimization process  (i.e. changing  the safety stock values until an optimal value  is  found)  is used to determine the optimal safety stock levels.   Afterwards,  the  target service  level has been  raised  to 99%   and  the optimal safety stocks have been determined once more. This  scenario  is used  to verify whether  the expectation  that  the  incremental increase in service level of 1% will result in an significant increase in costs and is therefore not beneficial. Moreover, we have tested whether this increase in service level results in an equally divided increase in safety stock over the three controlled stock points, or mainly an  increase at the most downstream FPP stock point. Once again, an iterative process is used to determine the optimal safety stock levels.   The  ultimate  optimum  will  not  be  found  during  this  iterative  process,  since  the  optimum  will  be searched  for manually by  simulating  various different  scenarios. These  results are  therefore  the best found  allocation  over  the  three  controlled  stock  points  and  not  the  optimal  allocation.  However, considerable  effort  has  been  put  into  this  process  to  find  the  best  safety  stock  allocation.  The  best allocation  is  in  this  case  the  allocation which  results  in  reaching  the predefined  service  level  against minimal inventory costs.  

7.1.2   FULL FACTORIAL EXPERIMENT We have conducted a full factorial (26 factorial design) experiment including the six uncertainty factors shown  in  Table  7.1.  This  experiment  is  necessary  to  determine  both  the  individual  impact  of  each uncertainty  factor, as well as  the combined  impact of  the combinations of  factors on  the safety stock levels, given a 98% service level.  

Table 7.1: experimental design: constant and stochastic values uncertainty factors j  Uncertainty factor  Constant value (‐)  Stochastic value (+) 1  Demand Uncertainty  constant demand  stochastic demand 2  Lead time variability  constant lead time  variable lead time 3  Batch Value Deviations  constant batch value 100%  variable batch value 4  Batch Rejection  0% batch rejection  5% batch rejection 5  Test Repetition  0% test repetition  5% test repetition 6  Yield Fluctuations  constant yield 100%  variable yield 

 

Both a constant value, which is equal to the MRP planning value for each uncertainty parameter, and a stochastic value, which is equal to the actual value based on the SAP data, are defined in Table 7.1. The 64 (26) combinations are shown in Appendix X. The + sign indicates the stochastic value, whereas the – sign  indicates  the  constant  value.  The  last  two  uncertainty  factors  (i.e.  test  repetition  and  yield fluctuation) are not included in the Pharma product X model, since there is no yield activity fluctuation for pharmaceuticals and only for biologics and moreover, there are no test repetitions for this products. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

41  

Therefore, we only have 4 uncertainty factors and therefore 16 (24) combination for the Pharma product X supply chain.   A  response  (Ri)  value  is  determined  for  the  64  different  factor  combinations  (design  points).  The response  factor  is equal  to  the aggregate  safety  stock  level  for  the  given  factor  combination.   These response values are used to determine the main effect(ej) of each factor(j). This main effect of factor j is defined as the average change  in the response due to moving factor j from  its “–“  level to  its “+”  level while holding all other factors fixed (Law & Kelton, 2000).  This average is taken over all combinations of the other factor levels in the design. In other words, the main effect measure the average change in the response  due  to  a  change  in  an  individual  factor,  with  this  average  being  taken  over  all  possible combinations of  the other k – 1  factors  (Law & Kelton, 2000). This main effect can be determined by calculating the difference between the average response when factor j is at its “+” level and the average response when it is at its  “–“ level.  The formula to determine the main effect of factor 1 is given as an example:  

 

 

 

 

Where S is the collection of design points where factor 1 is negative (‐) and T is the design point where factor 1 is positive(+). Moreover, n is the number of uncertainty factors (n = 6 for the biological supply chain and n =4 for the pharmaceutical supply chain). A statistical test (ANOVA) is used to determine the significance of these results.  

7.1.3   SENSITIVITY ANALYSIS One of  the goals of  simulation  is  to  find out how  changes  in  the  input parameters affect  the output measures  of  performance  (Law &  Kelton,  2000).  In  this  research  project,  it  is  important  as well  to determine the impact of fluctuation in several input parameters. We have selected the input parameters Yield  fluctuation and batch  rejection  to  include  in  this  sensitivity analysis,  since  the data gathered  to determine the values of these input parameters is less reliable than the data for the other parameters. Moreover, it is interesting to see the impact of these input parameters on the safety stock levels when the  values of  the parameters  are  varied.  The batch  rejection percentages  are  varied  at  the  FPU  and Antigen level and yield fluctuation will only be changed for the A Antigen, since this is the only material where  the yield  is measured and determined. An overview of  the different values  for  the  two  supply uncertainty parameters included in this sensitivity analysis are shown in Table 7.2.   

Table 7.2: Sensitivity Analysis: input parameter values    Average yield fluctuation  0 0.5 1 2 Batch rejection  0 0.5 1 2 

 

Besides the sensitivity of the  impact of these two uncertainty parameters, we also have conducted an analysis to determine the  impact of a reduction of all other  individual uncertainty factors. For demand uncertainty  this  implies an analysis of  the  impact of  increasing  the  forecast accuracy  to 65%  (desired forecast  accuracy  Intervet  /  S‐P A.H.), which  is  realized  by  decreasing  the  standard  deviation  of  the demand. In case of lead time variability, we have analyzed the impact of both increasing the robustness of  the quality process and  improving  the  reliability of  the MRP planning values. The  former  implies a 50%  reduction  of  the  standard  deviation  of  the  lead  times,  while  the  mean  lead  time  remains unchanged.  

2/2

2

2

12

11 n

i jji

n n

RRe

∑ ∑=

=

−= Tj

Si∈∈

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

42  

The later has been analyzed by setting the average actual quality lead times at the MRP planning values while keeping the variability equal to the original variability. Moreover, the impact of a reduction of 50% of the quality test repeated has been analyzed. 

7.2  RESULTS The results found during the various simulation studies conducted in this research are presented in this section. The heuristic used to determine the results of the simulation model is presented in Appendix XI. The sub questions discussed  in section 7.1 are answered for the pharmaceutical supply chain (Pharma product X)  in sub section 7.2.1 and for the biological supply chain (Bio product Y)  in sub section 7.2.2. The current performance with the actual safety stock levels at Intervet / S‐P A.H. are described prior to the results used to answer the different sub questions. Only the most important Figures are presented in this section, whereas additional Tables and Figures are presented in Appendix XII.  The results in this section are given in three different ways, since different stakeholders are interested in different numbers and calculations. These three ways are the  inventory  in dollars,  inventory  in  logistic months  of  sales  (MoS)  and  inventory  in  financial MoS.  Inventory  in  dollars  has  been  calculated  by multiplying the total amount of inventory (in kilo grams or vials) by the cost price of these products. The inventory in logistic MoS is calculated by dividing the amount of inventory by the demand per month for these products. The  inventory  in financial MoS, on the other hand, has been calculated by multiplying the  logistic MoS with the relative cost price at each stock point compared to the cost price of the FPP. An overview of the relative cost prices of both Pharma product X and Bio product Y is given in Table 7.3.   

Table 7.3: Overview of relative cots prices at pharmaceutical and biological stock points Stock point  Avg. Cost Price  % of FPP CP   Stock point Avg. Cost Price % of FPP CP CONFIDENTIAL                                       

 

The  different  types  of  inventory  calculated  are  the  Safety  Stock  levels,  the  Quality  stock  (i.e. WIP, inventory which is not available since it has not been approved by Quality control up to that moment), the Released stock (which is the free available Physical Inventory at the controlled stock points and this is the  inventory which can be used for further production or to fulfill demand) and the total  inventory (which is the summation of the Physical inventory and the WIP).  

7.2.1   PHARMA PRODUCT X The current safety stock settings used at  Intervet / S‐P A.H. are given  in Appendix VD and these values are  used  to  determine  the  current  performance.  The  results  indicate  that  a  service  level  of  94%  is reached under the current safety stock settings. Intervet / S‐P A.H. expected to reach a service level of approximately 98%, however  this model error  (i.e.  the difference between  the expected  service  level and the realized service level) can be explained by the flexibility which the planners have in real life. The model  performance  will  therefore  always  be  below  the  actual  performance.  The  94%  is  used  as  a benchmark,  since  this  represents  the  current  performance  and  will  therefore  be  used  as  the performance  to  compare  the  different  scenarios  in  this  research.  A  graphical  presentation  of  the inventory in dollars is given in Figure 7.1.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

43  

 Figure 7.1: inventory levels in dollars given the current safety stock settings 

 

Figure 7.1 indicates that in the current situation, the main part of the safety stock is kept at the API stock point. The WIP is mainly located at the FPU and API stock points, which is in line with the expectations, since the main quality test are conducted after the purchasing of API and production of FPU. The WIP levels are approximately equal in the 94% and 98% situation.  Sub question 1a,b:  The  safety  stock  allocation over  the  three  controlled  stock points  found  resulting  in  the  lowest  total inventory  costs  while  reaching  the  94%  service  level  and  98%  service  level  are  used  to  answer respectively sub question 1a and 1b. The main results to answer these questions are given in Table 7.4.  

Table 7.4: Safety Stock Comparison for the Pharma product X Supply Chain             API  FPU   FPP  Total Intervet situation   $   293,424.74   $ 69,125.00   $   118,460.83    $  481,010.57 94% situation   $     72,326.73   $ 79,030.00   $   121,579.74    $  272,936.47 98% situation   $   103,274.33   $ 92,295.00   $   295,717.13    $  491,286.46 Difference Intervet vs 94%   $ ‐221,098.01      $   9,905.00   $        3,118.91    $‐208,074.10 Difference Intervet vs 98%   $ ‐190,150.41   $ 23,170.00   $   177,256.30    $    10,275.89 Difference 94% vs 98%   $     30,947.60   $ 13,265.00   $   174,137.39    $  218,349.99 

 

Based on  the  results presented  in Table 7.4, one  can  conclude  that a  similar performance  is  reached with a considerable reduction of safety stock costs  ($208,074.10) which  is a reduction of 43.26%. This reduction is realized by a decline in safety stock at the API stock point and a small safety stock increase at  the FPU and FPP  stock point. This  indicates  that  safety  stock  is allocated more downstream  in  the supply  chain  (i.e.  safety  stock  shifted  more  towards  the  end  costumer).  This  is  in  line  with  the expectations, since the main supply uncertainties arise at the FPU level for pharmaceutical supply chains and demand uncertainty affects the FPP level directly.   The  results  also  indicate  that  the model  reaches  98%  instead  of  the  94%  in  the  Intervet  /  S‐P  A.H. situation,  with  a  slight  increase  of  total  safety  stock  costs  ($10,275.89)  and  a  more  downstream allocation  of  these  safety  stocks.  Moreover,  one  can  conclude  that  when  increasing  the  model performance  from  94%  to  98%  (actual performance  from  98%  to  approximately  99%),  this  implies  a considerable increase in safety stock costs ($218,349.99, which is an increase of 80%) at mainly the FPP stock point. A graphical comparison of the safety stock distribution is given in Figure 7.2 

 

$ ‐

$ 200.000 

$ 400.000 

$ 600.000 

$ 800.000 

$ 1.000.000 

API FPU  FPP Total

Current Intervet / S‐P A.H. situation

Safety Stock

Average Quality Stock

Average Released Stock

Average Total Inventory

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

44  

 Figure 7.2: Comparison of safety stock distribution over the controlled stock points 

 

A  graphical  presentation  of  the  average  inventory  levels  at  the  three  controlled  stock  points  in  the current situation compared with the 94% and 98% situation is shown in Figure 7.3. Based on the values in Figure 7.3, one can conclude that the total average inventory level achieved by the simulation model is considerably lower than in the current situation (decrease of $236,786.37, which is 27.2%). Moreover, the results indicate that with an average inventory which is approximately equal to the current Intervet / S‐P A.H. inventory in the entire Pharma product X supply chain the performance level reached can be increased from 94% to 98% as a result of a better safety stock allocation over the three controlled stock points.  

 

 Figure 7.3: Comparison of average inventory allocation  

  

Sub question 2a,b:  The  impact on  the different  stock  types of  the  individual uncertainty  factors and  the  combination of uncertainty factors is determined by using the formula given in sub section 7.1.2. The results gained are given in Figure 7.4. Obviously there is no safety stock necessary when all uncertainty factors are left out of  the simulation model and  the planning  fits  the actual situation perfectly. The average quality stock and total inventory in case of no uncertainty are included in the Figures as well.  

$293.424,74 ; 61%

$69.125,00 ; 14%

$118.460,83 ; 25%

Intervet / S‐P A.H. situation

API

FPU 

FPP

$72.326,73 ; 26%

$79.030,00 ; 29%

$121.579,74 ; 45%

94% situation

API

FPU 

FPP

$ ‐

$ 200.000 

$ 400.000 

$ 600.000 

$ 800.000 

$ 1.000.000 

API FPU  FPP TotalIntervet situation $378.128,12  $207.804,12  $284.610,21  $870.542,45 

94% situation $166.181,63  $186.407,47  $281.166,97  $633.756,07 

98% situation $190.616,71  $226.881,05  $440.387,63  $857.885,39 

Total Inven

tory Volum

e

Average Total Inventory Allocation

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

45  

 Figure 7.4: Impact of the individual uncertainty factors and combined uncertainty factors 

 

Figure 7.4 shows that for this pharmaceutical product, demand uncertainty has relatively more  impact on  the  safety  stock  and  total  inventory,  and  that  this  impact  is  higher  than  the  combined  supply uncertainties. From the supply uncertainty factors, batch rejection has the largest impact on safety stock and  lead  time  variability  on  the  total  inventory.  The  demand  uncertainty  directly  influences  the performance towards the external customer, since this uncertainty factor has a direct impact on the FPP stock  point.  This  explains  the  impact  of  the  demand  uncertainty  on  both  safety  stock  and  total inventory.   Although  demand uncertainty has  considerable  impact on  the other  stock  types,  there  is hardly  any impact noticeable on quality stock. The supply uncertainty factors are responsible for almost the entire quality  stock  increase. This  is as expected,  since demand uncertainty does not  influence  the average amount of batches produced and tested on quality when average demand remains equal (which  is the case in this simulation model). The fact that lead time variability has the highest impact on quality stock, indicates  that  the average quality check  lead  time  is higher  than  the planned MRP quality check  lead time and therefore the average amount of products in quality control is higher.   Sub question 3b,c:  Since  there  is no yield  fluctuation  in  the Pharma product X supply chain, only sub question 3b and 3c need to be answered in this case. The results of the sensitivity analysis of batch rejection are presented graphically in Figure 7.5. Figure 7.6 and 7.7 present the impact of a reduction of the various uncertainty factors and are used to answer sub question 3c.   

$ 0 $ 100.000 $ 200.000 $ 300.000

No uncertainty

Yield quantity fluctuation

Lead time variability

Batch rejection

Supply uncertainty

Demand uncertainty

Combined uncertainties

$0,00

$28.219,37 

$44.376,42 

$52.000,09 

$127.624,43 

$150.456,99 

$272.936,47 

Impact on Safety stock

$ ‐ $ 100.000  $ 200.000 

No uncertainty

Demand uncertainty

Yield quantity fluctuation

Batch rejection

Lead time variability 

Supply uncertainty

Combined uncertainties

$140.215,60 

$141.140,18 

$148.767,31 

$149.490,07 

$155.375,20 

$174.337,61 

$175.538,04 

Impact on Quality stock

$ ‐ $ 200.000  $ 400.000  $ 600.000  $ 800.000 

No uncertainty

Yield quantity fluctuation

Batch rejection

Lead time variability

Supply uncertainty

Demand uncertainty

Combined uncertainties

$382.176,90 

$398.365,92 

$417.409,75 

$424.753,67 

$481.047,39 

$533.007,73 

$633.756,07 

Impact on Total Inventory

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

46  

 Figure 7.5: Sensitivity analysis of batch rejection fluctuation 

 

The results presented in Figure 7.5 indicate that the more the percentage of batch rejections increases the higher the inventory increase is, which is confirm expectations.    

 Figure 7.6: Impact of decrease of uncertainty factors on inventory costs 

  

 Figure 7.7: Percentile reduction of average total inventory  

 

Based on  the  results presented  in  Figure  7.6  and  7.7, one  can  conclude  that  an  increase  in  forecast accuracy from the current level of 35% to the desired level of 65% results in a decrease in total inventory of  17.26%,  which  is  a  0.576%  inventory  cost  reduction  for  1%  accuracy  improvement.  This  is considerably  high  compared  to  the  decreases  in  total  inventory  caused  by  the  other  improvements. 

$ 100.000 

$ 200.000 

$ 300.000 

$ 400.000 

$ 500.000 

0% 2% 5% 10% 20%

$217.442,23 $244.971,47 

$272.936,47 $326.725,28 

$457.462,84 

Impact on Safety Stock

$ 580.000 $ 600.000 $ 620.000 $ 640.000 $ 660.000 $ 680.000 $ 700.000 $ 720.000 

0% 2% 5% 10% 20%

$602.219,13 

$628.213,80 $633.756,07 

$654.005,74 

$700.083,13 

Impact on Average Total Inventory

$ ‐

$ 20.000 

$ 40.000 

$ 60.000 

$ 80.000 

$ 100.000 

$ 120.000 

Safety stock Quality stock Released stock Total Inventory0,5 batch rejection $27.965,00  $2.835,47  $2.706,80  $5.542,28 

0,5 sigma lead times $46.043,12  $ 0,00 $19.139,26  $18.545,40 

average mrp lead times $57.396,15  $19.459,76  $16.877,43  $36.337,19 

65% forecast accuracy $119.780,44  $3.051,22  $106.314,40  $109.365,62 

Inventory Reduction ($)

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

0,5 batch rejection

0,5 sigma lead times

mrp lead times 65% forecast accuracy

0,87% 2,93%5,73%

17,26%

Average Total Inventory Reduction (%)

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

47  

Reducing  the  lead  time  variability  and  improving  the  correctness  of  the MRP  lead  times  result  in  a decrease in total inventory as well. This improvement results in a decrease in total inventory of 5.73%. Improving the correctness of the MRP lead times has been tested by adjusting the average lead time of the processes to the MRP  lead time for the processes with an average value higher than the MRP  lead time.  The processes with  an  average  lead  time  lower  than  the MRP  lead  time,  remain  the  same  (an overview of the distributions and averages  is given  in Appendix VF and VIF). These three  improvements are of particular interest for the SCM department, since these aspects are to some extent within control of this department. Batch rejection on the other hand is outside the control of the SCM department.  

7.2.2   BIO PRODUCT Y The current safety stock settings used at Intervet / S‐P A.H. are given in Appendix VID and these values are  used  to  determine  the  current  performance.  The  results  indicate  that  a  service  level  of  95%  is reached  under  the  current  safety  stock  settings.  The  95%  service  level  is  from  now  on  used  as  a benchmark  for this supply chain. A graphical presentation of the  inventory  in dollars  is given  in Figure 7.8.   

 Figure 7.8: inventory levels in dollars given the current safety stock settings 

 

Figure 7.8 indicates that in the current situation, the safety stock is, compared to the Pharma product X situation, more equally divided over the three stock points. However, the main part of the safety stock is kept at the most upstream (Antigen) stock point as well. The amount of WIP is considerably higher than in the pharmaceutical supply chain and this is mainly caused by longer average quality control times at the Antigen and FPU stock point. The fact that this quality stock is mainly located at the FPU stock is in compliance with the quality control times at FPU. The WIP  levels are again approximately equal  in the 95% and 98% situation.  Sub question 1a,b:  The  safety  stock  allocation over  the  three  controlled  stock points  found  resulting  in  the  lowest  total inventory  costs while  reaching  the  95%  and  98%  service  level  are  used  to  answer  respectively  sub question 1a and 1b. The main results to answer these questions are given in Table 7.5.  

$ ‐

$ 500.000 

$ 1.000.000 

$ 1.500.000 

$ 2.000.000 

$ 2.500.000 

$ 3.000.000 

$ 3.500.000 

$ 4.000.000 

$ 4.500.000 

$ 5.000.000 

Antigen FPU  FPP Total

Current Intervet / S‐P A.H. situation

Safety Stock

Average Quality Stock 

Average Released Stock 

Average Total Inventory

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

48  

Table 7.5: Safety Stock Comparison for the Bio product Y Supply Chain              Antigen  FPU  FPP  Total Intervet situation   $     962,821.58   $     702,546.63   $     663,249.78    $ 2,328,617.99 95% situation   $     575,005.34   $     793,876.64   $     662,319.68    $ 2,031,201.65 98% situation   $     600,140.45   $     851,666.41   $ 1,303,083.21    $ 2,754,890.07 Difference Intervet vs 95%   $   ‐387,816.24   $       91,330.01    $            ‐930.11    $   ‐297,416.34 Difference Intervet vs 98%   $   ‐362,681.13   $     149,119.79   $     639,833.43    $     426,272.08 Difference 95% vs 98%   $       25,135.11   $       57,789.78   $     640,763.53    $     723,688.42 

 

Based on  the  results presented  in Table 7.5, one  can  conclude  that a  similar performance  is  reached with a considerable reduction of safety stock costs  ($297,416.34) which  is a reduction of 12.77%. This reduction is realized by a decline in safety stock at the Antigen stock point and a safety stock increase at the FPU stock point. The safety stock settings at  the FPP stock point remains approximately constant. The relative decline  in safety stock costs  is  lower than  in the Pharma product X situation, however the absolute decline is higher. This indicates that the current safety stock settings at especially the Antigen stock point are  set better  than  the  safety  stock at  the API  stock point. The main  increase at  the FPU stock point is a result of the additional uncertainty factors at both the Antigen and FPU level in biological supply chains. This indicates that the FPU stock point is the crucial stock point in biological supply chains. Since there is less demand uncertainty (forecast accuracy is 40.3%) than in the Pharma product X supply chain  it  is  less necessary  to  increase  the FPP  safety  stock, although  there was expected  that  the FPP safety stock would rise as well.   The results also  indicate that reaching 98% performance  is not realizable with approximately the same safety stock costs as  in  the  Intervet / S‐P A.H. situation  (which was  the case  in  the Pharma product X supply chain). An  increase of $426,272.08 (18.32%)  is necessary to attain this performance. Moreover, one  can  conclude  that  when  increasing  the  model  performance  from  95%  to  98%,  this  implies  a considerable  increase  in safety stock costs ($723,688.42, which  is an  increase of 35.63%) at mainly the FPP stock point. This  increase  is  in  line with  the expectations  that  increasing  the service  level when  it reaches almost 100% will  increase  the costs exponentially. A graphical comparison of  the safety stock distribution is given in Figure 7.9. 

  Figure 7.9: Comparison of safety stock distribution over the controlled stock points 

 

A  graphical  presentation  of  the  average  inventory  levels  at  the  three  controlled  stock  points  in  the current situation compared with the 95% and 98% situation is shown in Figure 7.10. Based on the values in Figure 7.10, one can conclude that the total average inventory level achieved by the simulation model is considerably lower than in the current situation (decrease of  $376,393.42, which is 7.92%).  

$962.821,58 ; 41%

$702.546,63 ; 30%

$663.249,78 ; 29%

Intervet / S‐P A.H. situation

Antigen

FPU 

FPP

$575.005,34 ; 28%

$793.876,64 ; 39%

$662.319,68 ; 33%

95% situation

Antigen

FPU 

FPP

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

49  

In  contrast with  the Pharma product X  supply  chain,  there  is  a  considerable difference between  the average inventory in the entire Bio product Y supply chain in the current Intervet / S‐P A.H. situation and the  98%  situation.  A  better  safety  stock  allocation  does  therefore  not  result  in  an  increase  in performance from 95% to 98% with equal average total inventory.  

 

 Figure 7.10: Comparison of average inventory allocation  

 

Sub question 2a,b:  The  impact on  the different  stock  types of  the  individual uncertainty  factors and  the  combination of uncertainty factors is determined by using the formula given in sub section 7.1.2. The results gained are given in Figure 7.11.   

 

 Figure 7.11: Impact of the individual uncertainty factors and combined uncertainty factors 

 

$ ‐

$ 1.000.000 

$ 2.000.000 

$ 3.000.000 

$ 4.000.000 

$ 5.000.000 

Antigen FPU  FPP TotalIntervet situation $1.438.999,57  $1.939.562,22  $1.376.556,73  $4.755.118,52 

95% situation $1.070.344,40  $1.978.646,49  $1.329.734,21  $4.378.725,10 

98% situation $1.089.281,99  $2.080.660,71  $2.000.485,54  $4.987.246,43 

Total Inven

tory Volum

eAverage Total Inventory Allocation

$ ‐ $ 1.000.000  $ 2.000.000 

No uncertainty

Test repetition

Batch rejection

Demand uncertainty

Combined uncertainties

$‐

$399.882,82 

$494.694,42 

$506.885,78 

$653.364,60 

$975.041,47 

$1.144.207,80 

$1.443.740,73 

$2.031.201,65 

Impact on Safety stock

$ ‐ $ 1.000.000  $ 2.000.000 

No uncertainty

Yield quantity fluctuation

Yield activity fluctuation

Lead time variability

Combined uncertainties

$1.271.133,62 

$1.361.933,87 

$1.392.987,14 

$1.402.293,22 

$1.405.491,78 

$1.419.162,42 

$1.763.298,90 

$1.828.046,40 

$1.845.447,31 

Impact on Quality stock

$ ‐ $ 1.000.000 $ 2.000.000 $ 3.000.000 $ 4.000.000 $ 5.000.000 

No uncertainty

Yield quantity fluctuation

Batch rejection

Lead time variability

Combined uncertainties

$2.605.894,34 $2.966.841,30 $3.058.540,59 $3.083.176,53 $3.137.704,11 $3.326.993,50 $3.503.917,05 

$3.887.240,49 $4.378.725,10 

Impact on Total Inventory

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

50  

Figure 7.11  shows  that  for  the biological  supply  chain,  in  contradiction of  the pharmaceutical  supply chain,  the  supply  uncertainty  has  the  main  impact  on  the  safety  stock  and    total  inventory.  This contradiction  is a  result of  the  increased amount of supply uncertainty  in  the biological supply chains (i.e. additional uncertainty  factors test repetition and yield activity  fluctuation). This  is  in  line with the expectation that there are more supply uncertainty factors in biological supply chains compared to the pharmaceutical supply chains. Although, demand uncertainty still has the main impact on the amount of safety  stock, when  comparing  the  individual  uncertainty  factors,  the  impact  of  the  individual  supply uncertainty factors (lead time variability  in particular)  is relatively higher  in this biological supply chain when  comparing  the  impact  values with  the  pharmaceutical  supply  chain.  This  is  a  result  of  batch rejections on both the Antigen and FPU level (instead of only the FPU level in the pharmaceutical supply chain) and longer and more variable average quality control lead times in the biological supply chains.    In line with the expectations, the supply uncertainty factors are again responsible for almost the entire quality  stock  increase.  The  fact  that  lead  time  variability  has  the  highest  impact  on  quality  stock, indicates  that  the average quality check  lead  time  is higher  than  the planned MRP quality check  lead time and therefore the average amount of products in quality control is higher.   Sub question 3a,b and c:  For  this  biological  supply  chain  all  sub  question  need  to  be  answered.  The  results  of  the  sensitivity analysis  of  batch  rejection  are  presented  in  Figure  7.12  and  7.13.  Figure  7.14  and  7.15  present  the impact of a reduction of the various uncertainty factors and are used to answer sub question 3c.   

 Figure 7.12: Sensitivity analysis of yield activity fluctuation 

 

 

Figure 7.13: Sensitivity analysis of batch rejection  

$ 1.700.000 $ 1.800.000 $ 1.900.000 $ 2.000.000 $ 2.100.000 $ 2.200.000 $ 2.300.000 

0 * normal 0,5* normal 

normal fluctuation

2 * normal

$1.898.797,76 $1.947.055,96 

$2.031.201,65 

$2.251.952,04 

Impact on Safety stock

$ 4.000.000 $ 4.100.000 $ 4.200.000 $ 4.300.000 $ 4.400.000 $ 4.500.000 $ 4.600.000 

0 * normal 0,5* normal 

normal fluctuation

2 * normal

$4.202.892,32 $4.238.873,60 

$4.378.725,10 

$4.577.224,52 

Impact on Average Total Inventory

$ 1.700.000 

$ 1.800.000 

$ 1.900.000 

$ 2.000.000 

$ 2.100.000 

$ 2.200.000 

$ 2.300.000 

0 * normal  0,5 * normal

normal rejection

2 * normal 

$1.767.653,28 

$1.916.713,91 

$2.031.201,65 

$2.306.347,03 

Impact on Safety stock

$ 4.000.000 

$ 4.100.000 

$ 4.200.000 

$ 4.300.000 

$ 4.400.000 

$ 4.500.000 

$ 4.600.000 

0 * normal  0,5 * normal

normal rejection

2 * normal 

$4.123.751,82 

$4.235.635,77 

$4.378.725,10 

$4.602.107,54 

Impact on Average Total Inventory

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

51  

The results presented  in Figure 7.12 and 7.13  indicate  that  the higher  the percentage of yield activity fluctuation  and  batch  rejections  becomes  the  higher  the  inventory  increase  is,  which  is  confirm expectations.    

 Figure 7.14: Impact of decrease of uncertainty factors on inventory costs 

 

 Figure 7.15: Percentile reduction of average total inventory  

 

Based on the results presented  in Figure 7.14 and 7.15, one can conclude that an  increase  in  forecast accuracy  from  the  current  level  of  40.3%  to  the  desired  level  of  65%  results  in  a  decrease  in  total inventory of 11.75%, which  is  a 0.475%  inventory  cost  reduction  for 1%  accuracy  improvement. This considerably high compared to the decreases in total inventory caused by the other improvements. An improvement in the MRP lead time correctness results in a decrease in total inventory of 5.73%, which is comparable to the reduction for the pharmaceutical supply chain. A good result for the SCM department is that the two  improvements which result  in the highest  inventory reduction are within control of the SCM department, which was also the case for the pharmaceutical supply chain.   

$ ‐$ 100.000 

$ 200.000 $ 300.000 $ 400.000 

$ 500.000 $ 600.000 

Safety Stock Quality Stock Released stock Total Inventory0,5 test repetition $9.595,92  $38.366,95  $11.714,44  $50.081,40 

0,5 sigma lead times $63.923,28  $9.944,85  $92.434,35  $102.379,20 

0,5 yield activity fluctuation $84.145,69  $15.318,64  $124.532,86  $139.851,50 

0,5 batch rejection $114.487,74  $46.041,53  $97.047,80  $143.089,33 

mrp lead times $232.458,31  $111.552,22  $134.419,48  $245.971,71 

65% forecast accuracy $503.192,06  $‐ $515.906,26  $515.906,26 

Inventory Reduction ($)

0,00%2,00%4,00%6,00%8,00%10,00%12,00%

0,5 test repetition

0,5 sigma lead times

0,5 yield activity 

fluctuation

0,5 batch rejection

mrp lead times

65% forecast accuracy

1,14%2,34%

3,19% 3,27%

5,62%

11,75%

Average Total Inventory Reduction(%)

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

52  

8  CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS (IMPLEMENTATION) This final chapter presents the overall conclusions of this research project based on the results discussed in  the  previous  chapters  in  section  8.1.  Hereafter,  the  discussion  section  including  managerial implications, research implications, future research and limitations are discussed in section 8.2.  

8.1  CONCLUSIONS The initial problem definition for this research project was formulated as follows:   

Provide quantitative insight in which inventory management methods / approaches should be taken into account to reach an external service level against minimal inventory costs 

 

An  inventory  management  framework  has  been  developed,  which  distinguishes  three  different inventory types (i.e. work in process, cycle stock and safety stock) and associated optimization methods. From this framework, the optimization method which was most directly related to the service level and uncertainties  in  the  supply  chain was  selected  and  this  resulted  in  a  quantitative model,  the multi echelon safety stock simulation model developed during this research project. Moreover a clear service level definition and measure have been formulated.    After  having  selected  the  best  applicable  optimization  method,  the  final  research  question  which needed to be answered during this research project was formulated:   

What is the impact of the different uncertainty factors on the safety stock levels and what is the optimal safety stock level at the various stock points to reach the service level against minimal inventory costs? 

  

The simulation study shows that the results of the safety stock model result in a considerable decrease in the safety stock and average total inventory compared to the current situation, mainly realized by an safety  stock  shift  from  the upstream API/Antigen  stock points  to  the more downstream FPU and FPP stock points. This indicates that the multi‐echelon model outperforms the current single echelon models and rules in the Intervet /S‐P A.H. supply chain.    Furthermore, the results indicate that further increasing the service level to almost one hundred percent results in an extreme increase in inventory costs primarily at the FPP stock point and this cost increase is many times higher than the Backlog cost reduction realized by this performance improvement.   A comparison of the results indicates that demand uncertainty has relatively more impact on the safety stock  and  average  total  inventory  for  the  pharmaceutical  supply  chain  and  the  combined  supply uncertainties,  lead  time variability  in particular,  for  the biological  supply  chain. This  is a  result of  the increased  number  of  supply  uncertainties  in  the  biological  supply  chains.  The  results  also  show  that Work In Process is almost only affect by supply uncertainty and especially lead time variability.   Moreover, the results show that improving forecast accuracy and increasing MRP lead time correctness result in the largest inventory cost reduction and that reducing the number of test repetitions result in the smallest inventory cost reduction.   Therefore, the conclusion of this research project is that the research question has been answered and that the quantitative insights gained by the results of the safety stock model are an ideal starting point for  future  improvement programs and  future  research,  since  the main  influencing uncertainty  factors are within control of the SCM department, where this research project has been initiated.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

53  

8.2  DISCUSSION In this section three separate aspects are discussed. The managerial implications and recommendations are  presented  in  sub  section  8.2.1.  Hereafter,  the  scientific  implications  of  this  research  project  is described in sub section 8.2.2. Finally, future research based on this research project and the limitations of this research project are discussed in sub section 8.2.3.  

8.2.1   MANAGERIAL IMPLICATIONS AND RECOMMENDATIONS This study results  in several  implications for the pharmaceutical business and for  Intervet / S‐P A.H.  in particular. First of all, we have concluded that moving the safety stock more downstream and reducing the amount of safety stock at the most upstream stock point results in reaching the same service level with  lower  total  inventory  costs. Moreover,  a  clear  investigation  has  been made  to  distinguish  the impact of the different uncertainty  factors on the  total  inventory  in the pharmaceutical and biological supply chains. This can help organizations to priorities their future improvement programs and research. Furthermore, a clear service level definition has been formulated and this service level can be calculated and used throughout the organization.   The most important recommendation is to make use of the outcomes of the safety stock model in future improvement  programs.  This  research  clearly  identifies  the  improvement  possibilities  on  inventory management  and  can  be  ideally  used  for  prioritization. Moreover,  using  this model will  result  in  a reduction of the total inventory costs. However, the model cannot be used for seasonal products, since a stationary demand is assumed.   The second recommendation  is to shift the safety stock more downstream towards the end customer. The simulation model can be used to determine the allocation over the controlled stock points.   The  third  recommendation  is  to  clearly  distinguish  the  different  types  of  inventory  through  the organization. Different types of inventory are used for different reasons and different organization levels are  responsible  for  these  inventory  types.  Therefore,  it  is  of  considerable  importance  to  be  able  to identify and trace the different inventory types in the supply chain.   The fourth recommendation is to make use of the service level definition provided in this research. This service level measure resembles the performance of the Intervet / S‐P A.H. performance properly and is best applicable when optimizing the total margin volume in dollars.  

8.2.2   SCIENTIFIC IMPLICATIONS Considerable attention has been paid to the demand uncertainty factor in safety stock models, however relatively  less research  incorporated the various supply uncertainty factors (e.g.  lead time uncertainty, yield  uncertainty,  batch  rejection)  in  a  multi  echelon  supply  chain.  Within  this  research  project  a simulation  model  has  been  developed  to  determine  the  optimal  safety  stock  allocation  over  the controlled  stock  points  in  a  multi  echelon  supply  chain,  coping  with  both  supply  and  demand uncertainty. Moreover, this quantitative model has been implemented in a software application. This is definitely  a  contribution  to  the  current  scientific  field  of  operations  research.  Furthermore,  the quantitative analysis of the impact of the various uncertainty factors in the pharmaceutical industry has not been conducted  in  this  setting. Although  this  research was only conducted  in  the pharmaceutical industry  and  only  for  two  products,  the  results  indicate  that  in  general  the  impact  of  demand uncertainty  is  higher  than  an  individual  supply  uncertainty  factor. However,  especially  for  biological supply chains, the combined supply uncertainty factors do have a relatively large impact as well. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

54  

Moreover, the comparison of different uncertainty reduction methods, which  indicates that  increasing the  forecast  accuracy  results  in  the  largest  inventory  cost  reduction  compared  to  other  uncertainty reduction methods, is a contribution to the current literature.  Furthermore, an inventory management framework which gives an overview of different optimization methods  for  three  types of  inventory  is given. Therefore this research contributes both to the research on inventory management as well as to the research in the pharmaceutical and biological industry.  

8.2.3   LIMITATIONS AND FUTURE RESEARCH Despite the contributions of this study to the inventory management literature and pharmaceutical and biological  industry,  it  is subject to some  limitations. Among the  limitations of this study  is the fact that the  simulation model used  is not generalizable and  should  therefore be adapted  for different  supply chain structures. This makes the model harder to  implement  in the current business setting. However, although it takes some time, it is definitely worth the effort. Another limitation of this research, is that production capacity and product shelf  life were beyond the scope of this research and thus not taken into account in the simulation model. However, order quantities are taken as constant as well and these quantities are set with shelf life taken into account. Therefore, not taken into account shelf life, does not affect  the  results  of  this  research.  Finally,  the  demand  patterns  of  the  products  used  are  relatively constant and there is no trend or seasonal pattern. Therefore, the simulation model cannot be used for seasonal products.   There  are  a  number  potentially  interesting  directions  for  future  research.  Firstly,  the  impact  of  the capacity on the service level needs further attention. Capacity might be restricting and therefore affect the  performance  at  the  various  stock  points.  This  study  also  revealed  that  reducing  the  lead  time variability or reducing the (quality control) lead times would result in a decline in total inventory costs. A tradeoff between an  increase  in capacity to reduce the  lead times and thus reduce the total  inventory costs would be an  interesting  research  in  this particular  industry. This  implies a  research on  reducing Work In Process, which is a major part of the inventory in especially the biological supply chains and is therefore of considerable interest for this industry and for the inventory management field as well.   Furthermore, there are several possibilities for future research which can be based on the results of this research project. This  includes an  investigation of how to  improve the forecast accuracy  in the current organization. Since the results of this research indicate that a reduction in demand uncertainty results in the largest cost reduction, this is definitely an interesting topic for future research for Intervet / S‐P A.H. Moreover, quantitatively investigating the benefits of changing the current MRP planning system into a more advanced planning system would be interesting for Intervet / S‐P A.H, as well as investigating the impact  of  better  capacity  planning  at  the  manufacturing  site.  These  future  research  topics  are particularly interesting in combination with the current VMI rollout.  Hopefully, next to understanding the pharmaceutical  industry and the complex supply chains, with the various uncertainty  factors  in particular,  this  study will also  trigger  scholars  to  further  investigate  the inventory  management optimization possibilities in this challenging and interesting industry. Since this research project is one in a row of a series of consecutive research projects conducted at Intervet / S‐P A.H., this master thesis can be used as a solid starting point for future research.   

 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

55  

REFERENCES - Bertrand,  J.W.M.  &  Fransoo,  J.  C.  (2002).  Modelling  and  Simulation:  Operations  management 

research  methodologies  using  quantitative  modelling.  International  Journal  of  Operations  and Production Management, 22(2), 241‐264.

- Bollapragada, R., Roa, U.S. & Zhang,  J.  (2004). Managing  two‐stage serial  inventory systems under demand and supply uncertainty and customer service  level requirements.  IIE Transactions, 36, 73‐85. 

- Burgin, T.A. (1975). The Gamma Distribution and Inventory Control. Operational Research Quarterly, 26(3), 507‐525.     

- De Kok, A.G. & Graves, S.  (2003). Supply Chain Management: Design, Coordination and Operation. Amsterdam: Elsevier, Chapter 1.

- Hopp, W.J. & Spearman, M.L. (1996). Factory Physics. Boston, MA: Irwin/McGraw Hill. - Kelle, P. & Silver, E.A. (2006). Safety stock reduction by order splitting. Naval Research Logistics, 37, 

725‐743. 

- Kleijnen,  J.P.C.  (1995), Verification and validation of simulation models; Theory and Methodology. European Journal of Operational Research, 82, 145‐162. 

- Law,  A.M.  &  Kelton,  W.D.  (2000).  Simulation  Modelling  and  Analysis  (3rd  ed.).  New  York,  NY: McGraw‐Hill.

- Minner, S. (2001). Strategic safety stocks  in reverse  logistics supply chains.  International Journal of Production Economic, 71, 417‐428.

- Mitroff,  I., Betz,  F., Pondy,  L. &  Sagasti,  F.  (1974). On managing  science  in  the  systems  age:  two schemas for the study of science as a whole systems phenomenon. Interfaces, 4(3), 46‐58.

- Mohebbi,  E.  (2004).  A  replenishment  model  for  the  supply‐uncertainty  problem.  International Journal of Production Economics, 87, 25‐37.

- Nahmias, S. (2005). Production and Operations Analysis (5th ed.). New York, NY: McGraw‐Hill. - Schering Plough (2008). Financial report. Retrieved April 23, 2009. 

- Shah, N. (2004). Pharmaceutical supply chains: key issues and strategies for optimization. Computers and Chemical Engineering, 28, 929‐941. 

- Silver, E.A., Pyke, D.F. & Peterson, R.  (1998).  Inventory Management and Production Planning and Scheduling (3rd ed.). New York, NY: Wiley. 

- Spitter,  J.  (2005). Rolling  Schedule Approaches  for  Supply Chain Operations Planning. PhD  thesis, Eindhoven University of Technology, the Netherlands.

- Talluri,  S.,  Cetin,  K. & Gardner, A.J.  (2004).  Integrating  demand  and  supply  variability  into  safety stock evaluations. International Journal of Physical Distribution & Logistics Management, 34(1), 62‐69. 

- Teulings, M.F. &  van  der Vlist,  P.  (2001). Managing  the  supply  chain with  standard mixed  loads. International Journal of Physical Distribution & Logistics Management, 3, 169‐186. 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

56  

- Teunter, R.H. & Flapper, S.D.P.  (2006). A comparison of bottling alternatives in the pharmaceutical industry. Journal of Operations Management, 24, 215‐234. 

- Thomas,  D.J.  &  Tyworth,  J.E.  (2006).  Pooling  lead‐time  risk  by  order  splitting:  A  critical  review. Transportation Research Part E, 42,  245‐257. 

- Walkenhorst,  J.S.  (2007).  Quantifying  the  Value  of  Reduced  Lead  Time  and  Increased  Delivery Frequency. MSc Thesis, Massachusetts Institute of Technology, United States.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

57  

APPENDICES 

 APPENDIX I: GEOGRAPHICAL LOCATION OF SITES CONFIDENTIAL

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

58  

APPENDIX II: SKUS PER COUNTRY CONFIDENTIAL 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

59  

APPENDIX III: SUPPLY CHAIN STRUCTURE PHARMA PRODUCT X 

API A

IT

100 ML

API B 50 ML

CY

PE

SE

AT

RO

MX

PT

RU

BG

AT

IE

BR

BE

AR

PL

HU

FR

GB

DE

IE

CL

IT

CZ

ZA

DK

AU

CH

Italy 017785

Switzerland 020566

Argentina 090677

Poland 018534

Hungaria 020154

France 020215

United Kingdom 018063

Germany 020899

Northern Ireland 018063

Chile 020605

Italy 020435

Czech Republic 017837

South Africa 019259

Denmark 021759

Australia 021126

Cyprus 017659

Peru 019875

Sweden 0022651

Austria DCV 019875

Romania 017244

Mexico 017068

Portugal 019566

Russia 013215

Bulgaria 017972

Austria LM 016394

Ireland 013262

Brazil 027915

Belgium 019460

FPU

FPU

API

API

FPP

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

60  

APPENDIX IV: SUPPLY CHAIN STRUCTURE BIO PRODUCT Y

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

61  

APPENDIX V: INPUT PARAMETERS PHARMA PRODUCT X  A. GENERAL INPUT: BOM FACTORS PHARMA PRODUCT X BOM Factors Bio Product Y       Component  Component Qty  Material  Material Qty API 001151  1 kg  API 001148  1 kg API 001148  0.275 kg  Bulk Pharma product X  100 kg API 030767  0.131 kg  Bulk Pharma product X  100 kg Bulk Pharma product X  10.28 kg  Pharma product X FPU 100 ML  100 vials    5.14 kg  Pharma product X FPU 50 ML  100 vials Pharma  product  X  FPU 100 ML  100 vials  Pharma product X FPP 100 ML  100 vials Pharma  product  X  FPU 50 ML  100 vials  Pharma product X FPP 50 ML  100 vials  Fixed Quantities Bio Product Y       A  Fixed Quantity A 20 ML  3000GR (Gram)   Fixed Quantity A 50 ML  4500GR (Gram)    Fixed Quantity A 100 ML  6000GR (Gram) Bio product Y  Fixed Quantity Bio product Y50 ML  4500GR (Gram)    Fixed Quantity Bio product Y 20 ML  3000GR (Gram) B  Fixed Quantity B 50 ML  4500GR (Gram)    Fixed Quantity B 20 ML  3000GR (Gram)        Fixed Quantities Pharma product X       Pharma product X  Fixed Quantity Pharma product X 50 ML  3000GR (Gram)    Fixed Quantity Pharma product X 100 ML 5000GR (Gram)     

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

62  

B. GENERAL INPUT: COST PARAMETERS PHARMA PRODUCT X CONFIDENTIAL            

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

63  

C. GENERAL INPUT: MRP LEAD TIMES PHARMA PRODUCT X  ComOp  UIN  MRP PT   MRP QT  MRP TT  MRP PLT  MRP PTF 

1  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  017785 2 3 5 10  352  CH ‐ Switzerland  020566 2 3 2 10  353  AU ‐ Australia  021126 2 3 5 10  354  DK ‐ Denmark  021759 2 3 2 10  355  ZA ‐ South Africa  019259 2 15 5 10  356  CZ ‐ Czech Republic  017837 2 3 5 10  357  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  020435 2 3 5 10  358  CL ‐ Chile  020605 2 3 5 10  359  IE ‐ Northern Ireland  018063 2 3 2 10  35

10  DE ‐ Germany  020899 2 3 2 10  3511  GB ‐ United Kingdom  018063 2 8 2 10  3512  FR ‐ France  020215 2 3 2 10  3513  HU ‐ Hungaria  020154 2 3 5 10  3514  PL ‐ Poland  018534 2 3 5 10  3515  AR ‐ Argentina  090667 2 30 5 10  3516  BE ‐ Belgium  019460 2 3 2 10  3517  BR ‐ Brazil  027915 2 30 5 10  3518  IE ‐ Ireland  013262 2 3 2 10  3519  AT ‐ Austria ‐ LM  016394 2 3 5 10  3520  BG ‐ Bulgaria  017972 2 3 5 10  3521  RU ‐ Russia  013215 2 3 7 10  3522  PT ‐ Portugal  019566 2 3 5 10  3523  MX ‐ Mexico  017068 2 3 5 10  3524  RO ‐ Romania  017244 2 3 6 10  3525  AT ‐ Austria ‐ DCV  019875 2 3 5 10  3526  SE ‐ Sweden  022651 2 3 2 10  3527  PE ‐ Peru  019875 2 3 5 10  3528  CY ‐ Cyprus  017659 2 3 6 10  3535  FPU 100 ML  004156 3 48 0 0  14036  FPU 50 ML  004157 3 48 0 0  14037  Bulk  002135 3 10 0 0  3538  API 1  030767 0 42 90 0  039  API 2  001148 0 55 14 0  040  API 3  001151 0 42 90 0  0

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

64  

D. GENERAL AND DEMAND UNCERTAINTY PARAMETERS PHARMA PRODUCT X    ComOp  UIN  Demand/w  Sigma  Beta  Alpha  Q  Safety Stock 1  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  017785  265.15  141.10  75.08  3.53  3400  662 2  CH ‐ Switzerland  020566  24.50  17.19  12.06  2.03  560  45 3  AU ‐ Australia  021126  91.90  87.98  84.23  1.09  1360  239 4  DK ‐ Denmark  021759  135.00  197.42  288.70  0.47  384  23 5  ZA ‐ South Africa  019259  99.75  82.22  67.78  1.47  1680  700 6  CZ ‐ Czech Republic  017837  69.73  175.73  442.87  0.16  1200  218 7  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  020435  103.44  242.37  567.89  0.18  1920  434 8  CL ‐ Chile  020605  45.19  65.85  95.95  0.47  1280  105 9  IE ‐ Northern Ireland  018063  16.58  19.41  22.73  0.73  560  25 10  DE ‐ Germany  020899  120.69  310.71  799.94  0.15  2000  422 11  GB ‐ United Kingdom  018063  148.92  577.41  2238.87 0.07  2720  683 12  FR ‐ France  020215  449.35  663.91  980.91  0.46  4000  2400 13  HU ‐ Hungaria  020154  202.17  452.26  1011.70 0.20  3120  1442 14  PL ‐ Poland  018534  436.27  875.54  1757.08 0.25  4480  3000 15  AR ‐ Argentina  090667  147.23  197.06  263.75  0.56  3440  428 16  BE ‐ Belgium  019460  122.35  197.23  317.92  0.38  2000  362 17  BR ‐ Brazil  027915  499.46  1350.97 3654.18 0.14  6000  6000 18  IE ‐ Ireland  013262  16.58  19.41  22.73  0.73  720  34 19  AT ‐ Austria ‐ LM  016394  40.23  43.85  47.79  0.84  1200  100 20  BG ‐ Bulgaria  017972  33.77  20.54  12.49  2.70  1120  90 21  RU ‐ Russia  013215  665.63  1239.77 2309.14 0.29  7280  9200 22  PT ‐ Portugal  019566  286.17  596.44  1243.13 0.23  4320  1167 23  MX ‐ Mexico  017068  72.85  74.26  75.69  0.96  960  100 24  RO ‐ Romania  017244  80.25  179.68  402.33  0.20  2880  600 25  AT ‐ Austria ‐ DCV  019875  147.48  446.93  1354.38 0.11  2880  594 26  SE ‐ Sweden  022651  11.50  7.34847 4.70  2.45  576  24 27  PE ‐ Peru  019875  9.88  21.24  45.69  0.22  400  30 28  CY ‐ Cyprus  017659  25.50  105.96  440.29  0.06  3072  256 35  FPU 100 ML  004156  265.15        3400  500 36  FPU 50 ML  004157  4102.36        24250 20000 37  Bulk  002135  238.12           1260  0 38  API 1  030767  0.31        14  4 39  API 2  001148  0.65        9  35 40  API 3  001151  0.65           9  0    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

65  

E. SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS PHARMA PRODUCT X  Batch Rejections Pharma product X     APIs  # of batches  Percentage     rejected  0  0.00%     accepted  80  100.00%     total  80  100.00%     Bulk  # of batches  Percentage     rejected  1  2.94%     accepted  33  97.06%     Total  34  100.00%     FPU  # of batches  Percentage     rejected  4  7.55%     accepted  49  92.45%     Total  53  100.00%     FPP  # of batches  Percentage     rejected  0  0.00%     accepted  389  100.00%     Total  389  100.00%                                          Batch value deviation Pharma product X   Bulk  ‐0.17%   FPU 50 ML  1.11%   FPU 100 ML  ‐3.98%   FPP   ‐0.08%       

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

66  

F. SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS: STOCHASTIC LEAD TIMES PHARMA PRODUCT X  API Lead Time Characteristics           API 001151  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    42  27  Gamma(10.438;2.5867) Transportation Time    90  120.59  Weibull(1.7731;135.5) Total Time     132  147.59    API 001148  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    55  42.5834  Gamma(61.249;0.69525) Transportation Time    14  17.27  Gamma(7.359;2.3467) Total Time     69  59.85    API 030767  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    42  43.36  Triang(0;26;104.08) Transportation Time    90  104.71  Weibull(1.6602;117.15) Total Time    132  148.07            Bulk Lead Time Characteristics           Pharma product X Bulk  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  35  10  29.96  Expo(29.963) Planning Time    0  47.52  Triang(0;48;94.548) Process Time    3  1.68  Emperical Total Time  35    79.16            FPU Lead Time Characteristics           Pharma product X FPU 100 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  48  58.85  Logn(58.847;23.257) Planning Time    0  61.52  Weibull(2.6838;69.197) Process Time    3  1.54  Emperical Total Time  140     121.91    Pharma product X FPU 50 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  48  58.847  Logn(58.847;23.257) Planning Time    0  61.52  Weibull(2.6838;69.197) Process Time    3  1.542  Emperical Total Time  140     121.92             FPP Lead Time Characteristics           FPP 100 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    MRP value  MRP value  Expo(2.0513) Process Time    10  11.23  Emperical  Transportation Time    MRP value  MRP value  Deterministic               FPP 50 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    MRP value  MRP value  Expo(2.0513) Process Time    10  11.23  Emperical  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

67  

Transportation Time     MRP value  MRP value  Deterministic 

APPENDIX VI: INPUT PARAMETERS BIO PRODUCT Y  A. GENERAL INPUT: BOM FACTORS BIO PRODUCT Y BOM Factors Bio product Y       Component  Component Qty  Material  Material Qty Antigen A NL10  10 kg  Bulk A NL10  100 kg   20 kg  Bulk Bio product Y  100 kg Antigen B GB10  10 kg  Antigen A ES10  10 kg Antigen A ES10  10 kg  Bulk A ES10  100 kg Antigen B NL10  18.2 kg  Bulk B  100 kg    18.2 kg  Bulk Bio product Y  100 kg Bulk A NL10  2.2 kg  FPU A 20 ML  100 vials   5.271 kg  FPU A 50 ML  100 vials   10.476 kg  FPU A 100 ML  100 vials Bulk A ES10  27.397 kg  FPU A 250 ML P  100 vials   27.397 kg  FPU A 250 ML T  100 vials 

Bulk Bio product Y  5.3 kg FPU Bio product Y 20 ML  100 vials 

  2.2 kg FPU Bio product Y 50 ML  100 vials 

Bulk B  5.327 kg  FPU B 20 ML  100 vials    2.231 kg  FPU B 50 ML  100 vials FPU A 20 ML  100 vials  FPP A 20 ML  100 vials FPU A 50 ML  100 vials  FPP A 50 ML  100 vials FPU A 100 ML  100 vials  FPP A 100 ML  100 vials FPU A 250 ML P  100 vials  FPP A 250 ML P  100 vials FPU A 250 ML T  100 vials  FPP A 250 ML T  100 vials FPU Bio product Y 20 ML  100 vials 

FPP Bio product Y 20 ML  100 vials 

FPU Bio product Y 50 ML  100 vials 

FPP Bio product Y 50 ML  100 vials 

FPU B 20 ML  100 vials  FPP B 20 ML  100 vials FPU B 50 ML  100 vials  FPP B 50 ML  100 vials     

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

68  

B. GENERAL INPUT: COST PARAMETERS BIO PRODUCT Y 

CONFIDENTIAL  

   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

69  

C. GENERAL INPUT: MRP LEAD TIMES BIO PRODUCT Y   ComOp  UIN  MRP PT  MRP QT  MRP TT  MRP PLT  MRP PTF 1  CH ‐ Switzerland  013610 2  3  2  10  35 2  SE ‐ Sweden  035629 2  3  2  10  35 3  CH ‐ Switzerland  013582 2  3  2  10  35 4  DK ‐ Denmark  013592 2  3  2  10  35 5  FI ‐ Finland  013913 2  3  5  10  35 6  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  013314 2  3  5  10  35 7  BE ‐ Belgium  013308 2  30  2  10  35 8  GR ‐ Greece  013313 2  3  5  10  35 9  AT ‐ Austria ‐ Local Market  038154 2  3  5  10  35 10  IE ‐ Ireland  015908 2  3  2  10  35 11  DE ‐ Germany  013649 2  3  2  10  35 12  FR ‐ France  013312 2  3  2  10  35 13  GB ‐ United Kingdom  013307 2  14  2  10  35 14  NL ‐ Netherlands  007316 2  14  1  10  35 15  RO ‐ Romania  013309 2  3  6  10  35 16  CZ ‐ Czech Republic  013372 2  3  5  10  35 17  HU ‐ Hungaria  013311 2  3  5  10  35 18  PL ‐ Poland  013316 2  3  5  10  35 19  ES ‐ Spain  013310 2  3  5  10  35 20  DK ‐ Denmark  057267 2  3  2  10  35 21  JP ‐ Japan  002393 2  3  7  10  35 22  NL ‐ Netherlands  059503 2  14  1  10  35 23  GB ‐ United Kingdom  015689 2  14  2  10  35 24  DK ‐ Denmark  020714 2  3  2  10  35 25  FR ‐ France  017516 2  3  2  10  35 26  NL ‐ Netherlands  076667 2  14  1  10  35 27  PL ‐ Poland  049398 2  3  5  10  35 28  FI ‐ Finland  015844 2  3  5  10  35 29  CH ‐ Switzerland  013944 2  3  2  10  35 30  GR ‐ Greece  013343 2  3  5  10  35 31  NO ‐ Norway   043140 2  3  5  10  35 32  DK ‐ Denmark  005486 2  3  2  10  35 33  SE ‐ Sweden  076433 2  3  2  10  35 34  PT ‐ Portugal  027671 2  3  5  10  35 35  PL ‐ Poland  013603 2  3  5  10  35 36  GB ‐ United Kingdom  013339 2  14  2  10  35 37  FR ‐ France  013342 2  3  2  10  35 38  DE ‐ Germany  013602 2  3  2  10  35 39  ES ‐ Spain  013341 2  3  5  10  35 40  BG ‐ Bulgaria  076094 2  3  5  10  35 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

70  

41  BR ‐ Brazil  013340 2  3  5  10  35 42  KR ‐ South Korea  005837 2  3  5  10  35 43  GR ‐ Greece  013502 2  3  5  10  35 44  CH ‐ Switzerland  013945 2  3  2  10  35 45  FI ‐ Finland  015845 2  3  5  10  35 46  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  013337 2  3  5  10  35 47  DK ‐ Denmark  013593 2  3  2  10  35 48  CZ ‐ Czech Republic  013338 2  3  5  10  35 49  SE ‐ Sweden  076434 2  3  2  10  35 50  GB ‐ United Kingdom  013329 2  14  2  10  35 51  BE ‐ Belgium  013330 2  30  2  10  35 52  PT ‐ Portugal  027672 2  3  5  10  35 53  HU ‐ Hungaria  013335 2  3  5  10  35 54  BG ‐ Bulgaria  013548 2  3  5  10  35 55  FR ‐ France  013336 2  3  2  10  35 56  NL ‐ Netherlands  007317 2  14  1  10  35 57  AT ‐ Austria ‐ Local Market  036968 2  3  5  10  35 58  PL ‐ Poland  013601 2  3  5  10  35 59  DE ‐ Germany  013600 2  15  2  10  35 60  RU ‐ Russia  055204 2  3  7  10  35 61  RO ‐ Romania  013332 2  3  6  10  35 62  ES ‐ Spain  013334 2  3  5  10  35 63  BR ‐ Brazil  013331 2  90  5  10  35 64  IE ‐ Ireland  015910 2  3  2  10  35 65  SE ‐ Sweden  005171 2  3  2  10  35 66  NO ‐ Norway   076705 2  3  5  10  35 67  CZ ‐ Czech Republic  076694 2  3  5  10  35 68  CH ‐ Switzerland  076729 2  3  2  10  35 69  GR ‐ Greece  076660 2  3  5  10  35 70  PL ‐ Poland  076727 2  3  5  10  35 71  FI ‐ Finland  076705 2  3  5  10  35 72  FR ‐ France  076724 2  3  2  10  35 73  DE ‐ Germany  076659 2  3  2  10  35 74  AT ‐ Austria ‐ Local Market  005864 2  3  5  10  35 75  ES ‐ Spain  076715 2  3  5  10  35 76  PH ‐ Philippines  076694 2  3  7  10  35 77  IE ‐ Ireland  076852 2  3  2  10  35 78  TH ‐ Thailand  076658 2  3  5  10  35 79  CZ ‐ Czech Republic  076732 2  3  5  10  35 80  DK ‐ Denmark  076706 2  3  2  10  35 81  BE ‐ Belgium  076709 2  30  2  10  35 82  PL ‐ Poland  076728 2  3  5  10  35 83  HU ‐ Hungaria  076665 2  3  5  10  35 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

71  

84  FR ‐ France  076725 2  3  2  10  35 85  DE ‐ Germany  076730 2  3  2  10  35 86  ES ‐ Spain  076716 2  3  5  10  35 87  BG ‐ Bulgaria  076993 2  3  5  10  35 88  TW ‐ Taiwan  076713 2  3  7  10  35 89  RU ‐ Russia  063644 2  3  7  10  35 90  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  076707 2  3  5  10  35 91  PH ‐ Philippines  076993 2  3  7  10  35 92  RO ‐ Romania  076993 2  3  6  10  35 93  NL ‐ Netherlands  076832 2  14  1  10  35 94  BR ‐ Brazil  076711 2  90  5  10  35 95  A FPU 20 ML  002391 3  68  0  0  140 96  A FPU 50 ML  002392 3  68  0  0  140 97  A FPU 100 ML  002393 3  68  0  0  140 98  A FPU 250 ML Turkey  002389 3  75  0  0  136 99  A FPU 250 ML Pig  044595 3  75  0  0  136 100  Bio product Y FPU 20 ML  002396 3  82  0  0  140 101  Bio product Y FPU 50 ML  002395 3  82  0  0  140 102  B FPU 20 ML  003385 3  82  0  0  140 103  B FPU 50 ML  003384 3  82  0  0  140 104  A Bulk NL10  001997 3  0  0  0  35 105  A Bulk ES10  001997 3  0  0  0  0 106  Bio product Y Bulk  002394 3  0  0  0  35 107  B Bulk  002223 3  0  0  0  35 108  A M2 ANTIGEN NL10  002646 3  48  5  0  161 109  A M2 ANTIGEN GB10  002646 3  42  0  0  118 110  A M2 ANTIGEN ES10  002646 3  7  5  0  105 111  B antigen inact  002706 3  59  0  0  140 112  B before inact  002885 3  0  0  0  35     

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

72  

D. GENERAL AND DEMAND UNCERTAINTY PARAMETERS BIO PRODUCT Y  ComOp UIN Demand/w Sigma Beta Alpha Q Safety Stock 1  CH ‐ Switzerland  013610 30.10  24.77  20.38  1.48  540  100 2  SE ‐ Sweden  035629 20.73  42.23  86.04  0.24  540  94 3  CH ‐ Switzerland  013582 24.17  21.04  18.31  1.32  720  110 4  DK ‐ Denmark  013592 100.56  231.31  532.04  0.19  1800  600 5  FI ‐ Finland  013913 115.65  140.10  169.74  0.68  2040  500 6  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  013314 178.52  134.29  101.01  1.77  2520  825 7  BE ‐ Belgium  013308 83.31  192.30  443.86  0.19  2160  1242 8  GR ‐ Greece  013313 25.27  37.63  56.03  0.45  720  120 9  AT ‐ Austria ‐ Local Market  038154 5.23  13.15  33.07  0.16  240  30 10  IE ‐ Ireland  015908 68.38  54.23  43.01  1.59  1800  300 11  DE ‐ Germany  013649 151.63  111.99  82.71  1.83  2880  604 12  FR ‐ France  013312 101.71  118.28  137.54  0.74  2400  400 13  GB ‐ United Kingdom  013307 397.67  374.25  352.22  1.13  5040  1600 14  NL ‐ Netherlands  007316 592.52  426.54  307.05  1.93  6840  2699 15  RO ‐ Romania  013309 25.71  55.65  120.45  0.21  960  400 16  CZ ‐ Czech Republic  013372 3.54  10.61  31.76  0.11  60  20 17  HU ‐ Hungaria  013311 146.46  411.05  1153.64 0.13  4920  1487 18  PL ‐ Poland  013316 580.31  237.48  97.18  5.97  9480  6000 19  ES ‐ Spain  013310 1070.40  1138.90 1211.78 0.88  8640  4538 20  DK ‐ Denmark  057267 48.92  170.71  595.77  0.08  1320  492 21  JP ‐ Japan  002393 513.67  153.73  46.01  11.16  12000  0 22  NL ‐ Netherlands  059503 226.00  49.85  11.00  20.55  3180  1029 23  GB ‐ United Kingdom  015689 222.23  441.06  875.38  0.25  2280  600 24  DK ‐ Denmark  020714 8.98  37.55  157.05  0.06  372  100 25  FR ‐ France  017516 102.69  106.25  109.93  0.93  1152  400 26  NL ‐ Netherlands  076667 29.00  34.44  40.91  0.71  1176  325 27  PL ‐ Poland  049398 96.65  454.36  2136.08 0.05  2628  2300 28  FI ‐ Finland  015844 265.85  147.50  81.83  3.25  2160  1125 29  CH ‐ Switzerland  013944 98.56  75.16  57.32  1.72  1350  500 30  GR ‐ Greece  013343 103.50  135.98  178.66  0.58  1350  500 31  NO ‐ Norway   043140 61.92  60.40  58.92  1.05  810  300 32  DK ‐ Denmark  005486 17.92  132.12  974.30  0.02  1350  359 33  SE ‐ Sweden  076433 101.04  79.86  63.12  1.60  1350  450 34  PT ‐ Portugal  027671 99.79  116.66  136.38  0.73  2160  567 35  PL ‐ Poland  013603 288.54  385.64  515.41  0.56  3240  2500 36  GB ‐ United Kingdom  013339 99.27  43.91  19.42  5.11  1620  400 37  FR ‐ France  013342 815.85  735.91  663.79  1.23  4860  3300 38  DE ‐ Germany  013602 134.56  208.30  322.45  0.42  2160  700 39  ES ‐ Spain  013341 175.27  541.60  1673.59 0.10  2700  922 40  BG ‐ Bulgaria  076094 9.31  10.29  11.38  0.82  270  55 41  BR ‐ Brazil  013340 16.79  28.44  48.15  0.35  200  67 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

73  

42  KR ‐ South Korea  005837 263.29  182.49  126.48  2.08  3780  1275 43  GR ‐ Greece  013502 69.63  92.41  122.66  0.57  720  300 44  CH ‐ Switzerland  013945 136.21  38.45  10.85  12.55  960  530 45  FI ‐ Finland  015845 125.35  74.57  44.36  2.83  960  450 46  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  013337 382.81  189.78  94.09  4.07  1680  1584 47  DK ‐ Denmark  013593 443.75  1132.40 2889.76 0.15  2520  3334 48  CZ ‐ Czech Republic  013338 15.79  20.69  27.10  0.58  360  70 49  SE ‐ Sweden  076434 59.17  38.12  24.56  2.41  600  280 50  GB ‐ United Kingdom  013329 365.19  305.03  254.78  1.43  1800  1350 51  BE ‐ Belgium  013330 400.81  1288.34 4141.15 0.10  2160  3929 52  PT ‐ Portugal  027672 91.67  76.31  63.53  1.44  1320  480 53  HU ‐ Hungaria  013335 144.13  228.67  362.79  0.40  1560  945 54  BG ‐ Bulgaria  013548 41.42  51.13  63.12  0.66  960  260 55  FR ‐ France  013336 897.98  631.15  443.60  2.02  3600  3600 56  NL ‐ Netherlands  007317 912.60  163.31  29.23  31.23  5400  3123 57  AT ‐ Austria ‐ Local Market  036968 91.94  38.61  16.22  5.67  1200  420 58  PL ‐ Poland  013601 194.75  215.16  237.70  0.82  2280  2000 59  DE ‐ Germany  013600 1759.71  758.62  327.04  5.38  5160  10500 60  RU ‐ Russia  055204 373.21  254.32  173.30  2.15  3120  2709 61  RO ‐ Romania  013332 48.94  91.15  169.76  0.29  1080  720 62  ES ‐ Spain  013334 571.79  631.48  697.41  0.82  3960  3287 63  BR ‐ Brazil  013331 146.42  148.83  151.28  0.97  1800  900 64  IE ‐ Ireland  015910 147.79  138.88  130.50  1.13  1920  650 65  SE ‐ Sweden  005171 25.06  97.03  375.62  0.07  540  105 66  NO ‐ Norway   076705 34.52  58.62  99.54  0.35  810  150 67  CZ ‐ Czech Republic  076694 7.48  6.18  5.10  1.47  240  40 68  CH ‐ Switzerland  076729 27.40  22.52  18.51  1.48  540  100 69  GR ‐ Greece  076660 10.08  26.44  69.33  0.15  270  55 70  PL ‐ Poland  076727 7.10  48.78  334.93  0.02  1620  440 71  FI ‐ Finland  076705 23.69  93.13  366.16  0.06  540  100 72  FR ‐ France  076724 16.00  29.05  52.73  0.30  270  65 73  DE ‐ Germany  076659 28.92  63.72  140.41  0.21  540  109 74  AT ‐ Austria ‐ Local Market  005864 7.21  16.57  38.10  0.19  270  50 75  ES ‐ Spain  076715 39.79  78.81  156.09  0.25  810  133 76  PH ‐ Philippines  076694 42.50  38.44  34.76  1.22  1350  227 77  IE ‐ Ireland  076852 52.67  69.91  92.80  0.57  1080  200 78  TH ‐ Thailand  076658 701.98  948.67  1282.05 0.55  8370  4100 79  CZ ‐ Czech Republic  076732 6.63  26.93  109.50  0.06  240  40 80  DK ‐ Denmark  076706 636.98  430.15  290.48  2.19  2880  3100 81  BE ‐ Belgium  076709 63.06  79.90  101.24  0.62  960  634 82  PL ‐ Poland  076728 48.92  224.40  1029.44 0.05  600  110 83  HU ‐ Hungaria  076665 95.22  232.16  566.03  0.17  1440  734 84  FR ‐ France  076725 17.06  18.62  20.32  0.84  600  100 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

74  

85  DE ‐ Germany  076730 39.46  29.46  22.00  1.79  840  215 86  ES ‐ Spain  076716 84.63  84.74  84.86  1.00  840  231 87  BG ‐ Bulgaria  076993 5.19  17.24  57.28  0.09  120  25 88  TW ‐ Taiwan  076713 53.17  59.76  67.18  0.79  1680  600 89  RU ‐ Russia  063644 44.98  79.96  142.14  0.32  1080  300 90  IT ‐ Italy ‐ Intervet Italia  076707 61.04  91.09  135.93  0.45  840  334 91  PH ‐ Philippines  076993 76.27  112.30  165.35  0.46  1080  250 92  RO ‐ Romania  076993 26.23  145.11  802.83  0.03  1320  800 93  NL ‐ Netherlands  076832 480.81  260.46  141.10  3.41  5640  2000 94  BR ‐ Brazil  076711 23.94  23.75  23.57  1.02  360  210 95  A FPU 20 ML  002391 50.83  1000  500 96  A FPU 50 ML  002392 3671.02  23500  25000 97  A FPU 100 ML  002393 1010.81  12000  8500 98  A FPU 250 ML Turkey  002389 140.67  6000  1206 99  A FPU 250 ML Pig  044595 96.65  6000  829 100  Bio product Y FPU 20 ML  002396 2551.48  23000  25000 101  Bio product Y FPU 50 ML  002395 7421.05  23500  42500 102  B FPU 20 ML  003385 1024.40  20000  8500 103  B FPU 50 ML  003384 1763.57  23500  13500 104  A Bulk NL10  001997 300.01  1250  0 105  A Bulk ES10  001997 65.02  1000  0 106  Bio product Y Bulk  002394 449.45  1250  0 107  B Bulk  002223 116.80  1250  0 108  A M2 ANTIGEN NL10  002646 119.89  250  2056 109  A M2 ANTIGEN GB10  002646 6.50  200  0 110  A M2 ANTIGEN ES10  002646 6.50  200  112 111  B antigen inact  002706 102.04  480  1750 112  B before inact  002885 102.04  160  0    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

75  

E. SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS BIO PRODUCT Y  Test Repetition Bio product Y    Batch Rejections Bio product Y Antigen B  3.00%    Antigen A  # of batches  Percentage Antigen A NL10  3.00%    rejected  11  1.92% Antigen A GB10  3.00%    accepted  562  98.08% Bulk A  0.00%    total  573  100.00% Bulk Bio product Y  0.00%    Antigen B  # of batches  Percentage Bulk B  0.00%    rejected  0  0.00% FPU A 20 ML  5.00%    accepted  66  100.00% FPU A 50 ML  5.00%    total  66  100.00% FPU A 100 ML  5.00%    Bulk total  # of batches  Percentage FPU A 250 ML  5.00%    rejected  0  0.00% FPU Bio product Y 20 ML  5.00%    accepted  136  100.00% FPU Bio product Y 50 ML  5.00%    Total  136  100.00% FPU B 20 ML  5.00%    FPU  # of batches  Percentage FPU B 50 ML  5.00%    rejected  8  3.21% FPP  0.00%    accepted  241  96.79%       Total  249  100.00% Batch value deviation Bio product Y    FPP  # of batches  Percentage Antigen B  ‐1.20%    rejected  0  0.00% Antigen A NL10  ‐7.39%    accepted  1,735  100.00% Antigen A GB10  5.03%    Total  1,735  100.00% Bulk A  ‐0.02%         Bulk Bio product Y  0.03%         Bulk B  0.01%    Yield fluctuation A Antigen      FPU A 20 ML  1.91%    A Antigen NL10   ‐4.11%   FPU A 50 ML  ‐0.03%    A Antigen GB10  ‐0.96%   FPU A 100 ML  ‐0.55%         FPU Bio product Y 20 ML  ‐0.10%         FPU Bio product Y 50 ML  0.01%         FPU B 20 ML  ‐4.22%         FPU B 50 ML  ‐0.39%         FPP  ‐0.06%          

   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

76  

F. SUPPLY UNCERTAINTY PARAMETERS: STOCHASTIC LEAD TIMES BIO PRODUCT Y Antigen Lead Time Characteristics        A GB10  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time    42  41.68  Lognorm(41.201;16.669) Process Time    3  9.88  Gamma(14.275;0.69205) Total Time     45  51.56    A NL10  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time    48  49.07  Lognorm(49.606;31.456) Process Time    3  17.96  Lognorm(17.945;7.0785) Total Time     51  67.03    A ES10  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time    7  10.15  Gamma(1.5746;7.045) Transportation Time    5  4.21  Emperical distribution Total Time     12  14.36    B 002885  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time    x  x  x Process Time    0  36.06  Triang(0;18;87.655) Total Time     0  36.06    B 002706  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time  140  59  59.60  Triang(0;41;138.95) Process Time    0  33.12  Triang(0;13;78.026) Total Time    59  92.72  x Total B Time        128.78    Bulk Lead Time Characteristics           A NL10  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time  140  0  82.32  Lognorm(82.184;23.937) Planning Time    0  42.14  Gamma(1.9022;22.15) Process Time    0  1.71  Emperical Total Time  140     126.17    A ES10  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time  140  0  95.70  Triang(0;139;139) Planning Time    0  32.50  Gamma(3.4731;9.3577) Process Time    0  2.14  Emperical Total Time  140     130.34    Bio product Y  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time  140  0  99.19  Lognorm(99.126;22.581) Planning Time    0  40.48  MAX(0;RiskNormal(40.479;21.195)Process Time    0  1.68  Emperical Total Time  140     141.35    B  MRP PTF  MRP Target  Average Distribution Quality Time  140  0  93.20  Lognorm(93.137;16.867) Planning Time    0  32.86  Triang(0;22;75.997) Process Time    0  1.54  Emperical Total Time  140     127.59     

 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

77  

FPU Lead Time Characteristics           A 20 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  68  65.42857143  Gamma(42.702;1.5322) Planning Time    0  59  Lognorm(58.709;15.788) Process Time    3  1  Deterministic Total Time  140     125.4285714    A 50 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  68  75.4137931  Gamma(11.997;6.2863) Planning Time    0  49.92682927  Gamma(3.3146;15.063) Process Time    3  1.317073171  Emperical Total Time  140     126.6576955    A 100 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  68  83  Gamma(15.724;5.2784) Planning Time    0  57.58823529  Gamma(2.4709;23.307) Process Time    3  1.176470588  Emperical Total Time  140     141.7647059    A 250 ML (Turkey)  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  136  75  80.64285714  Weibull(2.3046;88.779) Planning Time    0  30.42857143  Lognorm(31.168;23.961) Process Time    3  3  Emperical Total Time  136     114.0714286    A 250 ML (PIG)  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  136  75  80.64285714  Weibull(2.3046;88.779) Planning Time    0  16.5  Emperical Process Time    3  2.666666667  Emperical Total Time  136     99.80952381    Bio product Y 20 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  82  87.92307692  Weibull(2.2888;98.374) Planning Time    0  52.46666667  Gamma(2.2997;22.81) Process Time    3  1.733333333  Emperical Total Time  140     142.1230769    Bio product Y 50 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  82  86.37335036  Triang(0;82;159.87) Planning Time    0  47.98571429  Weibull(2.0795;53.925) Process Time    3  1.242857143  Emperical Total Time  140     135.6019218    B 20 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  82  96.1  Lognorm(95.974;24.261) Planning Time    0  45.15384615  Lognorm(45.193;27.312) Process Time    3  2.153846154  Emperical Total Time  140     143.4076923    B 50 ML  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time  140  82  90.53333333  Triang(0;84;185.24) Planning Time    0  40.05555556  Gamma(3.8943;10.286) Process Time    3  1.333333333  Emperical Total Time  140     131.9222222     

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

78  

FPP Lead Time Characteristics        ES10  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    MRP value  MRP value  Deterministic Process Time    10  7.51  Gamma(4.2538;1.7649) Transportation Time    MRP value  MRP value  Deterministic NL10  MRP PTF  MRP Target  Average  Distribution Quality Time    MRP value  MRP value  Deterministic Process Time    10  12.88  Lognorm(12.87;4.6796) Transportation Time     MRP value  MRP value  Deterministic  

    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

79  

APPENDIX VII: LIST OF DEFINITIONS  Backlog =  In case Physical  Inventory does not allow a customer order  to be  satisfied directly and  the customer is willing to wait there is a backlog  

Inventory Position = Physical Inventory – Backlog + Scheduled Productions 

Lead Time = The time between the placement of an order and the order being ready for the next phase  

Physical Inventory = Physical available and free stock. This value can never be negative. 

   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

80  

APPENDIX VIII: LIST OF SYMBOLS   αfpp    = Scale parameter of Gamma distribution of end item fpp βfpp    = Shape parameter of Gamma distribution of end item fpp  AOQfpp(t)  = Actual Order Quantity of end item fpp determined in period t AOQfpu(t)  = Actual Order Quantity of Finished Product Unpacked fpu determined in period t AOQrm(t)  = Actual Order Quantity of API or Antigen rm determined in period t 

)(tAOQDfpu = Actual Order Quantity with batch deviation of Finished Product Unpacked fpu in period t 

APQfpu  = Actual Production Quantity of Finished Product Unpacked fpu ARQfpu  = Actual Reduction Quantity of Finished Product Unpacked fpu  Bfpp(t)   = Backlog in units of end item fpp at the end of period t Bfpu(t)   = Backlog in units of Finished Product Unpacked fpu at the end ofperiod t Brm(t)    = Backlog in units of API or Antigen rm at the end of period t BFfpu     = BOM factor of Finished Product Unpacked fpu BFfpu’     = BOM factor of other Finished Product Unpacked fpu’ using the similar Bulk BFrm     = BOM factor of API or Antigen rm  CPfpp     = Cost price of end item fpp CPfpu     = Cost price of Finished Product Unpacked fpu CPrm     = Cost price of API or Antigen rm   Dfpp(t)   = Demand for end item fpp in period t 

fppD = Average demand per week of end item fpp LTfppD     = Demand during lead time of end item fpp in period t 

LTfpuD     = Demand during lead time of Finished Product Unpacked fpu in period t 

LTrmD     = Demand during lead time of API or Antigen rm in period t 

Dvfpu(t)  = Batch value deviation of Finished Product Unpacked fpu in period t Dvrm(t)  = Batch value deviation of Antigen rm in period t  FA    = Forecast Accuracy FPP     = Number of end items (FPPs) FPU    = Number of Finished Product Unpacked(FPUs) FQbulk    = Fixed Quantity of Bulk product Bulk FR     = Fill rate = service level   IPfpp(t)   = Inventory Position of end item fpp in period t  IPfpu(t)   = Inventory Position of Finished Product Unpacked fpu in period t IPrm(t)   = Inventory Position of API or Antigen rm in period t  OOfpp(t)  = Amount of Outstanding Orders of end item fpp in period t OOfpu(t)  = Amount of Outstanding Orders of Finished Product Unpacked fpu in period t ORfpu(t)  = Amount of Orders Released of Finished Product Unpacked fpu in period t  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

81  

PIfpp(t)   = Physical Inventory of end item fpp in period t PIfpu(t)   = Physical Inventory of Finished Product Unpacked fpu in period t PIrm(t)   = Physical Inventory of API or Antigen rm in period t 

fppPI = Average Physical Inventory of end item fpp over all simulation periods 

fpuPI = Average Physical Inventory of Finished Product Unpacked fpu over all simulation periods 

rmPI = Average Physical Inventory of API or Antigen rm over all simulation periods  PLTfpp    = Planning Time (MRP planning time) of end item fpp PLTfpu    = Planning Time (MRP planning time) of Finished Product Unpacked fpu PTfpp     = Production Time (MRP planning time) of end item fpp  PTfpu     = Production Time (MRP planning time) of Finished Product Unpacked fpu  PTrm     = Production Time (MRP planning time) of API or Antigen rm   Qbulk    = Batch size (Order Quantity) of Bulk product Bulk Qfpp    = Batch size (Order Quantity) of end item fpp  Qfpu    = Batch size (Order Quantity) of Finished Product Unpacked fpu  Qrm    = Batch size (Order Quantity) of API or Antigen rm  Qfpp(t)   = Order Quantity of end item fpp in period t Qfpu(t)   = Order Quantity of Finished Product Unpacked fpu in period t Qrm(t)   = Order Quantity of API or Antigen rm in period t QUfpp(t)  = Quantity Used of end item fpp in period t QUfpu(t)  = Quantity Used of Finished Product Unpacked fpu in period t QSfpp(t)  = Quantity Shipped of end item fpp in period t QTfpp     = Quality Test Time (MRP planning time) of end item fpp QTfpu     = Quality Test Time (MRP planning time) of Finished Product Unpacked fpu QTrm    = Quality Test Time (MRP planning time) of API or Antigen rm  RM    = Number of APIs or Antigens ROQfpu(t)  = Rest Order Quantity of Finished Product Unpacked fpu in period t 

)(tROQDfpu = Rest Order Quantity with batch deviation of Finished Product Unpacked fpu in period t 

 SPfpp     = Sales price of end item fpp SSfpp     = Safety stock of end item fpp SSfpu     = Safety stock of Finished Product Unpacked fpu SSrm     = Safety stock of API or Antigen rm  t    = time period (weekly time bucket)   T    = number of time periods used in simulation model TTfpp     = Transportation Time (MRP planning time) of end item fpp TTrm     = Transportation Time (MRP planning time) of API rm  WIPfpp (t)  = Work In Process of end item fpp in period t WIPfpu (t)  = Work In Process of Finished Product Unpacked fpu in period t WIPrm (t)  = Work In Process of API or Antigen rm in period t 

fppWIP = Average Work In Process of end item fpp over all simulation periods 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

82  

fpuWIP = Average Work In Process of Finished Product Unpacked fpu over all simulation periods

rmWIP = Average Work In Process of API or Antigen rm over all simulation periods  Yrm(t)    = Yield fluctuation of Antigen rm in period t 

   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

83  

APPENDIX IX: SIMULATION PARAMETERS: 

Before simulation of the model can take place, a number of parameters need to be set. First, the warm‐up period needs to be determined to prevent any possible bias due to  initial parameter settings. Since we have assumed in chapter 6 that this simulation study concerns a steady state simulation, we need to find a point  in time where the state of the simulation  is  independent of the  initial start‐up conditions.  Moreover,  the number of  replications  and  the  run  length which are  required  to  yield  significant and unbiased  results  should  be  determined.  A  pilot  run  is  used  to  determine  these  three  parameters. According  to Law and Kelton  (2000) a pilot  run of at  least 5  replications and a  large  run  length  is  the correct  input  to  yield  significant  results.  Therefore, we have used  5  replications  and  a  run  length of 13,000 weeks during the pilot run.   The performance measured will be the amount of backorders  in dollar volume. We have selected this performance measure since the backorder volume  is directly related to the service  level. However, we are aware of the fact that the backorder volumes are often equal to zero, which might have an impact on the parameters determined.  

Warm up period The Welsh’s method as described in Law and Kelton (2000), is used to determine the warm up period of the simulation. 5 replications of  the simulation, each with a  length of 13,000 weeks are conducted  to determine this warm up period.   Let Yji be the ith observation form the jth replication (j = 1,2,…..,n; i = 1, 2, ….., m) 

Let  ∑ ==

n

j jii nYY1

/   for i = 1,2,…, m  

 

Then  )(wYi   is  the moving  average  with  window  w  (w  is  a  positive  integer  such  that  w  ≤  (m/4)). 

According to Law and Kelton (2000), the following holds for the moving average: 

wiifi

YwY

wmwiifw

YwY

i

issi

i

w

wssi

i

,...,1_12

)(

,...,1_12

)(

1

)1( =−

=

−+=+

=

−−=

+

−=

+

 

 

For three  levels of w  ({1,200; 2,000; 3,300}), 5 replications with 13,000 weeks each are executed. The resulting graphs are shown in Figure 1, Figure 2 and Figure 3.  

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

84  

 Figure 1: Moving average backorders (w = 1200) 

 

 Figure 2: Moving average backorders (w = 2000) 

 

0

10

20

30

40

50

60

70

1 305 609 913 12171521182521292433273730413345364939534257456148655169547357776081638566896993729776017905820985138817912194259729100331033710641109451124911553

0

10

20

30

40

50

60

70

1 601 12011801240130013601420148015401600166017201780184019001960110201108011140112001

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

85  

 Figure 3: Moving average backorders (w = 3300) 

The window  needs  to  be  relatively  high,  since  the  backorder  volume  is  zero most  of  the  times  and therefore a  large window  is necessary  to determine  the moving average. All graphs  indicate  that  the backorder volume smoothens out around 2,500 weeks. Therefore we have selected a warm up period of 2,500 weeks.   

Simulation run length Law and Kelton (2000) suggest a simulation run length that is large relative to the warm‐up period; Law and Kelton give an example of a simulation with a warm up period of 24 time units and a run length of 160 which they call sufficient. Therefore, it is assumed that, with a warm‐up of 2,500 weeks, simulating with a run length of 25,000 weeks will be more than sufficient to gain meaningful results.   

Number of replications  To determine  the number of  replications  that will be used  in  the simulation,  first  the desired  level of relative error,  γ, as defined by Law and Kelton  (2000) must be  set. This  relative error  is  the expected amount of relative average difference between the values of the replication means and the actual mean, μ. For this experiment the relative error will be set at 0.1 with a confidence level (1 – α) of 90%, which 

means an α of 10% will be used. Using these settings means that  X  will have a relative error of at most γ/(1 – γ), “the adjusted relative error needed to get an actual relative error of γ” (Law and Kelton, 2000, p. 513), which is equal to 0.09 in about 90% of the cases, in 10% of the cases the relative error is larger.  

To determine the number of replications required to yield the desired level of γ, Law and Kelton (2000) provide an approximate expression  for  the number of  replications using  the  following data  from  the pilot run:  

S2 (n) = population variance of the pilot run = 1.862191 

0

10

20

30

40

50

60

70

1 601 1201 1801 2401 3001 3601 4201 4801 5401 6001 6601 7201 7801 8401 9001 96011020110801

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

86  

)(nX = average amount of backorders in dollar volume of the pilot run = 12.04687 n = number of replications in the pilot run = 5  The  approximate  number  of  replications  required  to  obtain  an  estimate  of  μ  (the  actual  backorder volume of the model) with a relative error of 0.1 and a confidence level of 90% is given by the following formula:  

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

≤≥=−−

')(

)(

:min)(

2

2/1,1* γγ

α

nXinSt

nini

r  

 

In which: 

)(* γrn  = the approximate number of replications required 

2/1,1 α−−it = t distribution for 1 – α/2 (0.95) and i – 1 degrees of freedom  

The colon “:” is read “such that”  The smallest integer i that satisfies this equation is the approximate number of replications required. For the results from the pilot run this yields:  

9'09,012.04687

862191.1

:5min)10.0(95,0,1

* =

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

≤≥=− i

tin

i

r  

This means that the simulation will constitute of 9 replications of 25,000 weeks with a warm up period of 2,500 weeks.       

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

87  

APPENDIX X: DESIGN MATRICES FOR FULL FACTORIAL DESIGN 

Table 7.2: Scenario 2: Design Matrix for full(24) factorial design        Factor number    

Design point   1  2  3  4 

1  ‐  ‐  ‐  ‐ 2  +  ‐  ‐  ‐ 3  ‐  +  ‐  ‐ 4  +  +  ‐  ‐ 5  ‐  ‐  +  ‐ 6  +  ‐  +  ‐ 7  ‐  +  +  ‐ 8  +  +  +  ‐ 9  ‐  ‐  ‐  + 10  +  ‐  ‐  + 11  ‐  +  ‐  + 12  +  +  ‐  + 13  ‐  ‐  +  + 14  +  ‐  +  + 15  ‐  +  +  + 

16  +  +  +  + 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

88  

Table 7.2: Scenario 2: Design Matrix for full(26) factorial design                

       Factor number            

Factor number 

Design point   1  2  3  4  5  6 Design point   1  2  3  4  5 1  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 33  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  +2  +  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 34  +  ‐  ‐  ‐  ‐  +3  ‐  +  ‐  ‐  ‐  ‐ 35  ‐  +  ‐  ‐  ‐  +4  +  +  ‐  ‐  ‐  ‐ 36  +  +  ‐  ‐  ‐  +5  ‐  ‐  +  ‐  ‐  ‐ 37  ‐  ‐  +  ‐  ‐  +6  +  ‐  +  ‐  ‐  ‐ 38  +  ‐  +  ‐  ‐  +7  ‐  +  +  ‐  ‐  ‐ 39  ‐  +  +  ‐  ‐  +8  +  +  +  ‐  ‐  ‐ 40  +  +  +  ‐  ‐  +9  ‐  ‐  ‐  +  ‐  ‐ 41  ‐  ‐  ‐  +  ‐  +10  +  ‐  ‐  +  ‐  ‐ 42  +  ‐  ‐  +  ‐  +11  ‐  +  ‐  +  ‐  ‐ 43  ‐  +  ‐  +  ‐  +12  +  +  ‐  +  ‐  ‐ 44  +  +  ‐  +  ‐  +13  ‐  ‐  +  +  ‐  ‐ 45  ‐  ‐  +  +  ‐  +14  +  ‐  +  +  ‐  ‐ 46  +  ‐  +  +  ‐  +15  ‐  +  +  +  ‐  ‐ 47  ‐  +  +  +  ‐  +16  +  +  +  +  ‐  ‐ 48  +  +  +  +  ‐  +17  ‐  ‐  ‐  ‐  +  ‐ 49  ‐  ‐  ‐  ‐  +  +18  +  ‐  ‐  ‐  +  ‐ 50  +  ‐  ‐  ‐  +  +19  ‐  +  ‐  ‐  +  ‐ 51  ‐  +  ‐  ‐  +  +20  +  +  ‐  ‐  +  ‐ 52  +  +  ‐  ‐  +  +21  ‐  ‐  +  ‐  +  ‐ 53  ‐  ‐  +  ‐  +  +22  +  ‐  +  ‐  +  ‐ 54  +  ‐  +  ‐  +  +23  ‐  +  +  ‐  +  ‐ 55  ‐  +  +  ‐  +  +24  +  +  +  ‐  +  ‐ 56  +  +  +  ‐  +  +25  ‐  ‐  ‐  +  +  ‐ 57  ‐  ‐  ‐  +  +  +26  +  ‐  ‐  +  +  ‐ 58  +  ‐  ‐  +  +  +27  ‐  +  ‐  +  +  ‐ 59  ‐  +  ‐  +  +  +28  +  +  ‐  +  +  ‐ 60  +  +  ‐  +  +  +29  ‐  ‐  +  +  +  ‐ 61  ‐  ‐  +  +  +  +30  +  ‐  +  +  +  ‐ 62  +  ‐  +  +  +  +31  ‐  +  +  +  +  ‐ 63  ‐  +  +  +  +  +32  +  +  +  +  +  ‐ 64  +  +  +  +  +  +

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

89  

APPENDIX XI: RESULTS DETERMINATION HEURISTIC We  have  developed  a  heuristic which  is  used  to  determine  the  ‘optimal’  safety  stock  levels  for  the various simulation studies. To answer each sub question we have conducted several simulation runs and the heuristic will attempt to minimize the total inventory costs given the service level requirement.  First,  the  performance  given  the  current  Intervet  /  S‐P  A.H.  safety  stock  settings  is  determined. Afterwards  the optimization heuristic  to minimize  the  total  inventory  costs  starts. The process  starts with  the  optimization  of  the  safety  stock  at  the  most  downstream  stock  point  (FPP).  Afterwards, combinations of stock points (e.g. API and FPP) are changed (one is increased with 5%, while the other is decreased until the performance of e.g. 94%  is reached) and the third stock point remains unchanged. When the total inventory cost difference between the new situation and the old situation is lower than $5,000  (i.e.  the  total  inventory  costs  in  the new  situation are  less  than $5,000  lower  than  in  the old situation), we will move on  to  the next step  in  the heuristic. When  the cost difference  is higher  than $5,000,  this  step  is  beneficial  for  the  total  inventory  costs  and will  therefore  be  repeated. We  have selected the 5% and $5,000 values, since using lower values would result in too detailed punctuality.  A tradeoff between time/effort and  impact on cost has been made at the beginning of the optimization process and trail optimizations indicated that using these values resulted in the highest effort reduction ratio.  This process is continued until the fine‐tune phase is reached. In this phase the safety stock levels at  the  three  controlled  stock  points  are  changed  slightly(1%)  and when  this  results  in  a decrease  of inventory costs of more than $2,000, this phase will be repeated. If the decrease is less than $2,000 or when there is an increase, the safety stock levels are set back to the former levels and another fine tune combination  is  used.  This  is  done  three  times  and  afterwards  the  heuristic  optimal  safety  stock allocation is found. This fine‐tune phase is used to further optimize the values found. The 1% and $2,000 values are used to find a more detailed optimum.   

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

90  

 Heuristic for safety stock optimization 

APPENDIX XIIA: RESULTS PHARMA PRODUCT X   

CURRENT SITUATION INTERVET / S­P A.H.  

Intervet situation Pharma product X ($)  API  FPU  FPP  Total Safety Stock   $ 293,424.74   $   69,125.00   $ 118,460.83    $ 481,010.57 Average Quality Stock   $   67,585.64   $   98,989.11   $     7,843.91    $ 174,418.66 Average Released Stock   $ 310,542.48   $ 108,815.00   $ 276,766.30    $ 696,123.78 Average Total Inventory   $ 378,128.12   $ 207,804.12   $ 284,610.21    $ 870,542.45      Intervet situation Pharma product X (Log MoS)  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  9.00 MoS 1.05 MoS 1.50 MoS  11.54 MoSAverage WIP [MoS]  2.07 MoS 1.50 MoS 0.10 MoS  3.67 MoSAverage Physical Inventory [MoS]  9.52 MoS 1.65 MoS 3.51 MoS  14.68 MoSAverage Total Inventory [MoS]  11.59 MoS 3.14 MoS 3.61 MoS  18.35 MoS   Intervet situation Pharma product X (Fin  API  FPU  FPP  Total 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

91  

MoS) Safety Stock [MoS]  3.72 MoS 0.88 MoS 1.50 MoS  6.11 MoSAverage WIP [MoS]  0.86 MoS 1.26 MoS 0.10 MoS  2.21 MoSAverage Physical Inventory [MoS]  3.94 MoS 1.38 MoS 3.51 MoS  8.84 MoSAverage Total Inventory [MoS]  4.80 MoS 2.64 MoS 3.61 MoS  11.05 MoS 

  

  SAFETY STOCK ALLOCATION 94% SERVICE LEVEL Optimal situation Pharma product X  ($)  API  FPU   FPP  Total Safety Stock    $   72,326.73    $   79,030.00   $  121,579.74    $  272,936.47  Average Quality Stock    $   68,334.35    $   98,897.60   $      8,306.08    $  175,538.04  Average Released Stock    $   97,847.28    $   87,509.87   $  272,860.89    $  458,218.04  Average Total Inventory   $ 166,181.63    $ 186,407.47   $  281,166.97    $  633,756.07       Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.22 MoS  1.20 MoS  1.54 MoS  4.96 MoS Average WIP [MoS]  2.09 MoS  1.50 MoS  0.11 MoS  3.70 MoS Average Physical Inventory [MoS]  3.00 MoS  1.32 MoS  3.46 MoS  7.79 MoS Average Total Inventory [MoS]  5.09 MoS  2.82 MoS  3.57 MoS  11.48 MoS    

, MoS

5, MoS

10, MoS

15, MoS

20, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

92  

Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.92 MoS  1.00 MoS  1.54 MoS  3.46 MoS Average WIP [MoS]  0.87 MoS  1.26 MoS  0.10 MoS  2.23 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.24 MoS  1.11 MoS  3.46 MoS  5.82 MoS Average Total Inventory [MoS]  2.11 MoS  2.37 MoS  3.57 MoS  8.05 MoS 

 

 

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

, MoS

1, MoS

2, MoS

3, MoS

4, MoS

5, MoS

6, MoS

7, MoS

8, MoS

9, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

93  

SAFETY STOCK ALLOCATION 98% SERVICE LEVEL Optimal situation Pharma product X ($)  API  FPU   FPP  Total Safety Stock    $ 103,274.33   $   92,295.00   $ 295,717.13    $  491,286.46 Average Quality Stock    $   67,105.00   $   99,812.81   $     7,629.86    $  174,547.67 Average Released Stock    $ 123,511.71   $ 127,068.25   $ 432,757.77    $  683,337.72 Average Total Inventory   $ 190,616.71   $ 226,881.05   $ 440,387.63    $  857,885.39      Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  3.17 MoS 1.40 MoS 3.75 MoS  8.32 MoSAverage WIP [MoS]  2.06 MoS 1.51 MoS 0.10 MoS  3.66 MoSAverage Physical Inventory [MoS]  3.79 MoS 1.92 MoS 5.49 MoS  11.20 MoSAverage Total Inventory [MoS]  5.84 MoS 3.43 MoS 5.59 MoS  14.87 MoS         Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.31 MoS 1.17 MoS 3.75 MoS  6.24 MoSAverage WIP [MoS]  0.85 MoS 1.27 MoS 0.10 MoS  2.22 MoSAverage Physical Inventory [MoS]  1.57 MoS 1.61 MoS 5.49 MoS  8.67 MoSAverage Total Inventory [MoS]  2.42 MoS 2.88 MoS 5.59 MoS  10.89 MoS 

  

$‐

$100.000,00 

$200.000,00 

$300.000,00 

$400.000,00 

$500.000,00 

$600.000,00 

$700.000,00 

API FPU  FPP Total

Safety Stock [$]

Average Quality Stock (WIP) [$]

Average Released Stock (PI) [$]

Average Total Inventory [$]

$‐$100.000,00 $200.000,00 $300.000,00 $400.000,00 $500.000,00 $600.000,00 $700.000,00 $800.000,00 $900.000,00 

$1.000.000,00 

API FPU  FPP Total

Safety Stock [$]

Average Quality Stock (WIP) [$]

Average Released Stock (PI) [$]

Average Total Inventory [$]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

94  

 

 

 

 

, MoS

5, MoS

10, MoS

15, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

API FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

$103.274,33 ; 21%

$92.295,00 ; 19%

$295.717,13 ; 60%

98% situation

API

FPU 

FPP

$‐

$100.000,00 

$200.000,00 

$300.000,00 

$400.000,00 

$500.000,00 

API FPU  FPP Total94% situation $72.326,73  $79.030,00  $121.579,74  $272.936,47 

Intervet situation $293.424,74  $69.125,00  $118.460,83  $481.010,57 

98% situation $103.274,33  $92.295,00  $295.717,13  $491.286,46 

Safety Stock volum

Safety Stock Allocation

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

95  

AVERAGE TOTAL INVENTORY PHARMA PRODUCT X 

  

   

   

$166.181,63 ; 26%

$186.407,47 ; 30%

$281.166,97 ; 44%

94% situation

API

FPU 

FPP

$378.128,12 ; 43%

$207.804,12 ; 24%

$284.610,21 ; 33%

Intervet / S‐P A.H. situation

API

FPU 

FPP

$190.616,71 ; 22%

$226.881,05 ; 27%

$440.387,63 ; 51%

98% situation

API

FPU 

FPP

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

96  

IMPACT OF INDIVIDUAL UNCERTAINTY FACTORS AND COMBINED UNCERTAINTY FACTORS Impact  Safety Stock  Quality Stock  Released Stock  Total Inventory No uncertainty  $0.00  $     140,215.60   $        249,598.61    $       382,176.90 Yield quantity fluctuation   $   28,219.37   $     148,767.31   $        269,378.47    $       398,365.92 Lead time variability   $   44,376.42   $     155,375.20   $        267,919.67    $       424,753.67 Batch rejection   $   52,000.09   $     149,490.07   $        304,214.62    $       417,409.75 Supply uncertainty   $ 127,624.43   $     174,337.61   $        391,867.54    $       533,007.73 Demand uncertainty   $ 150,456.99   $     141,140.18   $        400,429.43    $       481,047.39 Combined uncertainties   $ 272,936.47   $     175,538.04   $        458,218.04    $       633,756.07 

IMPACT OF  BATCH REJECTION FLUCTUATIONS ON INVENTORY TYPES Batch rejection  Safety Stock  Quality Stock Released stock Total Inventory 

0%   $ 217,442.23    $  167,051.98   $  435,167.15    $    602,219.13  2%   $ 244,971.47    $  172,702.56   $   455,511.23    $    628,213.80  5%   $ 272,936.47    $  175,538.04   $   458,218.04    $    633,756.07  

10%   $ 326,725.28    $  185,389.73   $   468,616.02    $    654,005.74  20%   $ 457,462.84    $  206,164.86   $   493,918.26    $     700,083.13  

 

  IMPACT OF  REDUCTIONS IN UNCERTAINTY FACTORS Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total  Safety Stock [$]    $     72,326.73    $   79,030.00   $  121,579.74    $ 272,936.47  Average Quality Stock (WIP) [$]    $     68,334.35    $   98,897.60   $      8,306.08    $ 175,538.04  Average Released Stock (PI) [$]    $     97,847.28    $   87,509.87   $  272,860.89    $ 458,218.04  Average Total Inventory [$]    $   166,181.63    $ 186,407.47   $  281,166.97    $ 633,756.07            Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.22 MoS  1.20 MoS  1.54 MoS  4.96 MoS Average WIP [MoS]  2.09 MoS  1.50 MoS  0.11 MoS  3.70 MoS Average Physical Inventory [MoS]  3.00 MoS  1.32 MoS  3.46 MoS  7.79 MoS Average Total Inventory [MoS]  5.09 MoS  2.82 MoS  3.57 MoS  11.48 MoS    

$‐ $300.000,00  $600.000,00  $900.000,00 

0%

2%

5%

10%

20%

Average Total Inventory

Average Released stock (PI)

Average Quality Stock (WIP)

Safety Stock

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

97  

Optimal situation Pharma product X   API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.92 MoS  1.00 MoS  1.54 MoS  3.46 MoS Average WIP [MoS]  0.87 MoS  1.26 MoS  0.10 MoS  2.23 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.24 MoS  1.11 MoS  3.46 MoS  5.82 MoS Average Total Inventory [MoS]  2.11 MoS  2.37 MoS  3.57 MoS  8.05 MoS           Pharma product X mrp lead times  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $   54,774.38    $   62,237.00   $   98,528.93    $ 215,540.32 Average WIP [$]   $   67,316.07    $   80,934.02   $     7,828.19    $ 156,078.28 Average Physical Inventory [$]   $   87,802.60    $   97,475.86   $ 256,062.14    $ 441,340.60 Average Total Inventory [$]   $ 155,118.67    $ 178,409.88   $ 263,890.33    $ 597,418.88          Pharma product X mrp lead times  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.68 MoS  0.94 MoS  1.25 MoS  3.87 MoS Average WIP [MoS]  2.06 MoS  1.22 MoS  0.10 MoS  3.39 MoS Average Physical Inventory [MoS]  2.69 MoS  1.47 MoS  3.25 MoS  7.42 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.76 MoS  2.70 MoS  3.35 MoS  10.80 MoS          Pharma product X mrp lead times  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.70 MoS  0.79 MoS  1.25 MoS  2.74 MoS Average WIP [MoS]  0.85 MoS  1.03 MoS  0.10 MoS  1.98 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.11 MoS  1.24 MoS  3.25 MoS  5.60 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.97 MoS  2.26 MoS  3.35 MoS  7.58 MoS           Pharma product X 0.5 sigma lead time  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    53,892.38    $   63,560.00   $ 109,440.97    $ 226,893.35 Average WIP [$]   $    67,488.77    $ 101,211.84   $     7,431.29    $ 176,131.90 Average Physical Inventory [$]   $    83,449.15    $   92,211.90   $ 263,417.72    $ 439,078.77 Average Total Inventory [$]   $  150,937.93    $ 193,423.74   $ 270,849.01    $ 615,210.67          Pharma product X 0.5 sigma lead time  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.65 MoS  0.96 MoS  1.39 MoS  4.00 MoS Average WIP [MoS]  2.07 MoS  1.53 MoS  0.09 MoS  3.69 MoS Average Physical Inventory [MoS]  2.56 MoS  1.39 MoS  3.34 MoS  7.30 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.63 MoS  2.93 MoS  3.44 MoS  10.99 MoS          Pharma product X 0.5 sigma lead time  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.68 MoS  0.81 MoS  1.39 MoS  2.88 MoS Average WIP [MoS]  0.86 MoS  1.28 MoS  0.10 MoS  2.24 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.06 MoS  1.17 MoS  3.34 MoS  5.57 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.92 MoS  2.46 MoS  3.44 MoS  7.81 MoS                    

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

98  

Pharma product X 0.5 batch rejection  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $  72,326.73    $  51,065.00    $ 121,579.74    $ 244,971.47 Average WIP [$]   $  66,264.18    $  97,800.49    $     8,637.90    $ 172,702.56 Average Physical Inventory [$]   $ 100,932.63    $  82,000.55    $ 272,578.05    $ 455,511.23 Average Total Inventory [$]   $ 167,196.81    $ 179,801.04   $ 281,215.95    $ 628,213.80          Pharma product X 0.5 batch rejection  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.22 MoS  0.77 MoS  1.54 MoS  4.53 MoS Average WIP [MoS]  2.03 MoS  1.48 MoS  0.11 MoS  3.62 MoS Average Physical Inventory [MoS]  3.09 MoS  1.24 MoS  3.46 MoS  7.79 MoS Average Total Inventory [MoS]  5.13 MoS  2.72 MoS  3.57 MoS  11.41 MoS          Pharma product X 0.5 batch rejection  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.92 MoS  0.65 MoS  1.54 MoS  3.11 MoS Average WIP [MoS]  0.84 MoS  1.24 MoS  0.10 MoS  2.19 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.28 MoS  1.04 MoS  3.46 MoS  5.78 MoS Average Total Inventory [MoS]  2.12 MoS  2.28 MoS  3.57 MoS  7.97 MoS          Pharma product X 65% accuracy  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $     49,981.82   $   81,025.00   $   22,149.20    $ 153,156.02 Average WIP [$]   $     67,791.30    $   96,578.11   $     8,117.41    $ 172,486.82 Average Physical Inventory [$]   $     83,157.00    $   91,269.71   $ 177,476.94    $ 351,903.64 Average Total Inventory [$]   $   150,948.30    $ 187,847.81   $ 185,594.34    $ 524,390.46          Pharma product X 65% accuracy  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.53 MoS  1.23 MoS  0.28 MoS  3.04 MoS Average WIP [MoS]  2.08 MoS  1.46 MoS  0.10 MoS  3.64 MoS Average Physical Inventory [MoS]  2.55 MoS  1.38 MoS  2.25 MoS  6.18 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.63 MoS  2.84 MoS  2.36 MoS  9.82 MoS          Pharma product X 65% accuracy  API  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.63 MoS  1.03 MoS  0.28 MoS  1.94 MoS Average WIP [MoS]  0.86 MoS  1.23 MoS  0.10 MoS  2.19 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.06 MoS  1.16 MoS  2.25 MoS  4.47 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.92 MoS  2.38 MoS  2.36 MoS  6.66 MoS 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

99  

APPENDIX XIIB: RESULTS BIO PRODUCT Y  

CURRENT SITUATION INTERVET / S­P A.H.  

Intervet situation Bio product Y ($)  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock   $    962,821.58   $    702,546.63   $    663,249.78    $ 2,328,617.99 Average Quality Stock    $    511,362.72   $ 1,169,757.61   $    171,401.49    $ 1,852,521.82 Average Released Stock    $    927,636.85   $    769,804.61   $ 1,205,155.24    $ 2,902,596.70 Average Total Inventory   $ 1,438,999.57   $ 1,939,562.22   $ 1,376,556.73    $ 4,755,118.52      Intervet situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  3.96 MoS  1.56 MoS  1.19 MoS  6.71 MoS Average WIP [MoS]  2.10 MoS  2.59 MoS  0.31 MoS  5.00 MoS Average Physical Inventory [MoS]  3.81 MoS  1.71 MoS  2.17 MoS  7.69 MoS Average Total Inventory [MoS]  5.92 MoS  4.30 MoS  2.48 MoS  12.69 MoS          Intervet situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.73 MoS  1.26 MoS  1.19 MoS  4.19 MoS Average WIP [MoS]  0.92 MoS  2.10 MoS  0.30 MoS  3.33 MoS Average Physical Inventory [MoS]  1.67 MoS  1.38 MoS  2.17 MoS  5.22 MoS Average Total Inventory [MoS]  2.59 MoS  3.49 MoS  2.48 MoS  8.55 MoS 

  

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

14, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

100  

  SAFETY STOCK ALLOCATION 95% SERVICE LEVEL Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    575,005.34    $    793,876.64   $    662,319.68    $ 2,031,201.65 Average Quality Stock [$]   $    513,315.84    $ 1,173,471.78   $    158,659.69    $ 1,845,447.31 Average Released Stock [$]   $    557,028.56    $    805,174.71   $ 1,171,074.52    $ 2,533,277.79 Average Total Inventory [$]   $ 1,070,344.40    $ 1,978,646.49   $ 1,329,734.21    $ 4,378,725.10           Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.36 MoS  1.76 MoS  1.19 MoS  5.31 MoS Average Quality Stock  [MoS]  2.11 MoS  2.60 MoS  0.29 MoS  4.99 MoS Average Released Stock [MoS]  2.29 MoS  1.78 MoS  2.11 MoS  6.18 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.40 MoS  4.38 MoS  2.39 MoS  11.17 MoS          Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.03 MoS  1.43 MoS  1.19 MoS  3.65 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.92 MoS  2.11 MoS  0.30 MoS  3.32 MoS Average Released Stock MoS]  1.00 MoS  1.45 MoS  2.11 MoS  4.56 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.93 MoS  3.56 MoS  2.39 MoS  7.88 MoS 

 

, MoS1, MoS2, MoS3, MoS4, MoS5, MoS6, MoS7, MoS8, MoS9, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average WIP [MoS]

Average Physical Inventory [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

101  

SAFETY STOCK ALLOCATION 98% SERVICE LEVEL Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    600,140.45   $    851,666.41   $ 1,303,083.21    $  2,754,890.07  Average Quality Stock[$]   $    508,430.51   $ 1,162,568.94   $     156,433.84    $  1,827,433.29  

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average Quality Stock (WIP) [MoS]

Average Released Stock (PI) [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

, MoS

1, MoS

2, MoS

3, MoS

4, MoS

5, MoS

6, MoS

7, MoS

8, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]

Average Quality Stock (WIP) [MoS]

Average Released Stock (PI) [MoS]

Average Total Inventory [MoS]

$ ‐

$ 500.000 

$ 1.000.000 

$ 1.500.000 

$ 2.000.000 

$ 2.500.000 

$ 3.000.000 

$ 3.500.000 

$ 4.000.000 

$ 4.500.000 

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [$]

Average Quality Stock [$]

Average Released Stock [$]

Average Total Inventory [$]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

102  

Average Released Stock [$]   $    580,851.48   $    918,091.77   $ 1,844,051.70    $  3,342,994.95  Average Total Inventory [$]   $ 1,089,281.99   $ 2,080,660.71   $ 2,000,485.54    $  4,987,246.43           Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.47 MoS  1.89 MoS  2.34 MoS  6.70 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.09 MoS  2.58 MoS  0.28 MoS  4.95 MoS Average Released Stock [MoS]  2.39 MoS  2.03 MoS  3.32 MoS  7.74 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.48 MoS  4.61 MoS  3.6 MoS  12.69 MoS          Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.08 MoS  1.53 MoS  2.34 MoS  4.96 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.91 MoS  2.09 MoS  0.30 MoS  3.29 MoS Average Released Stock [MoS]  1.04 MoS  1.65 MoS  3.32 MoS  6.01 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.96 MoS  3.74 MoS  3.60 MoS  9.30 MoS  

 

$‐

$500.000,00 

$1.000.000,00 

$1.500.000,00 

$2.000.000,00 

$2.500.000,00 

$3.000.000,00 

$3.500.000,00 

$4.000.000,00 

$4.500.000,00 

$5.000.000,00 

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [$]

Average Quality Stock[$]

Average Released Stock [$]

Average Total Inventory [$]

, MoS

2, MoS

4, MoS

6, MoS

8, MoS

10, MoS

12, MoS

14, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]Average Quality Stock (WIP) [MoS]Average Released Stock (PI) [MoS]Average Total Inventory [MoS]

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

103  

 

  

 AVERAGE TOTAL INVENTORY BIO PRODUCT Y 

, MoS

1, MoS

2, MoS

3, MoS

4, MoS

5, MoS

6, MoS

7, MoS

8, MoS

9, MoS

10, MoS

Antigen FPU  FPP Total

Safety Stock [MoS]Average Quality Stock (WIP) [MoS]Average Released Stock (PI) [MoS]Average Total Inventory [MoS]

$600.140,45 ; 22%

$851.666,41 ; 31%

$1.303.083,21 ; 47%

98% situation

Antigen

FPU 

FPP

$ ‐

$ 500.000 

$ 1.000.000 

$ 1.500.000 

$ 2.000.000 

$ 2.500.000 

$ 3.000.000 

Antigen FPU  FPP Total95% situation $575.005,34  $793.876,64  $662.319,68  $2.031.201,65 

Intervet situation $962.821,58  $702.546,63  $663.249,78  $2.328.617,99 

98% situation $600.140,45  $851.666,41  $1.303.083,21  $2.754.890,07 

Safety stock volum

e

Safety Stock Allocation

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

104  

   

   

$1.438.999,57 ; 30%

$1.939.562,22 ; 41%

$1.376.556,73 ; 29%

Intervet Situation

Antigen

FPU 

FPP

$1.070.344,40 ; 25%

$1.978.646,49 ; 45%

$1.329.734,21 ; 30%

95% situation

Antigen

FPU 

FPP

$1.089.281,99 ; 21%

$2.080.660,71 ; 40%

$2.000.485,54 ; 39%

98% Situation

Antigen

FPU 

FPP

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

105  

IMPACT OF INDIVIDUAL UNCERTAINTY FACTORS AND COMBINED UNCERTAINTY FACTORS Impact  Safety Stock  WIP  Released Stock  Total Inventory 

No uncertainty   $                       ‐      $ 1,271,133.62   $ 1,334,760.72    $  2,605,894.34  

Demand uncertainty   $  1,144,207.80    $ 1,361,933.87   $ 1,965,059.63    $  3,326,993.50  Lead time variability   $      975,041.47    $ 1,763,298.90   $ 1,740,618.15    $  3,503,917.05  Yield quantity fluctuation   $      399,882.82    $ 1,392,987.14   $ 1,665,553.45    $  3,058,540.59  Batch rejection   $      653,364.60    $ 1,402,293.22   $ 1,735,410.89    $  3,137,704.11  Test repetition   $      494,694.42    $ 1,419,162.42   $ 1,664,014.11    $   3,083,176.53  Yield activity fluctuation   $      506,885.78    $ 1,405,491.78   $ 1,561,349.52    $   2,966,841.30  

IMPACT OF  BATCH REJECTION AND YIELF ACTIVITY FLUCTUATIONS ON INVENTORY TYPES

Sensitivity Analysis Batch Rejection          

Scenario  Safety Stock  Quality Stock   Released stock   Average Total Inventory 

0 * normal    $ 1,767,653.28    $ 1,761,676.30   $ 2,362,075.52    $ 4,123,751.82  0.5 * normal   $ 1,916,713.91    $ 1,799,405.78   $ 2,436,229.99    $ 4,235,635.77  normal rejection   $ 2,031,201.65    $ 1,845,447.31   $ 2,533,277.79    $ 4,378,725.10  2 * normal    $ 2,306,347.03    $ 1,918,192.94   $ 2,683,914.60    $ 4,602,107.54                Sensitivity Analysis Yield Activity Fluctuation         Scenario  Safety Stock  Quality Stock   Released stock   Average Total Inventory 0 * normal   $  1,898,797.76   $ 1,822,926.54    $ 2,379,965.78    $  4,202,892.32  0.5* normal    $  1,947,055.96    $ 1,830,128.67   $ 2,408,744.93    $  4,238,873.60  normal fluctuation   $  2,031,201.65    $ 1,845,447.31   $ 2,533,277.79    $  4,378,725.10  2 * normal   $  2,251,952.04    $ 1,852,019.41   $ 2,725,205.11    $  4,577,224.52           

 $ ‐ $ 1.000.000  $ 2.000.000  $ 3.000.000  $ 4.000.000  $ 5.000.000 

Safety Stock

Quality Stock 

Released stock 

Average Total Inventory

2 * normal 

normal rejection

0,5 * normal

0 * normal 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

106  

  IMPACT OF  REDUCTIONS IN UNCERTAINTY FACTORS Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total 

Safety Stock [$]   $    575,005.34    $     793,876.64    $     662,319.68    $ 2,031,201.65 

Average Quality Stock [$]   $    513,315.84    $  1,173,471.78    $     158,659.69    $ 1,845,447.31 Average Released Stock [$]   $    557,028.56    $     805,174.71    $  1,171,074.52    $ 2,533,277.79 Average Total Inventory [$]   $ 1,070,344.40    $  1,978,646.49    $  1,329,734.21    $ 4,378,725.10           Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.36 MoS  1.76 MoS  1.19 MoS  5.31 MoS Average Quality Stock  [MoS]  2.11 MoS  2.60 MoS  0.29 MoS  4.99 MoS Average Released Stock [MoS]  2.29 MoS  1.78 MoS  2.11 MoS  6.18 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.40 MoS  4.38 MoS  2.39 MoS  11.17 MoS          Optimal situation Bio product Y  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.03 MoS  1.43 MoS  1.19 MoS  3.65 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.92 MoS  2.11 MoS  0.30 MoS  3.32 MoS Average Released Stock MoS]  1.00 MoS  1.45 MoS  2.11 MoS  4.56 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.93 MoS  3.56 MoS  2.39 MoS  7.88 MoS          

          65% accuracy  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    520,595.74    $    754,134.87    $  253,278.99    $ 1,528,009.59 Average Quality Stock [$]   $    512,586.62    $ 1,173,830.77    $  160,641.44    $ 1,847,058.82 Average Released Stock [$]   $    502,871.50    $     748,215.81    $  766,284.22    $ 2,017,371.53 Average Total Inventory [$]   $ 1,015,458.11    $ 1,922,046.58    $  926,925.66    $ 3,864,430.36           65% accuracy  Antigen  FPU  FPP  Total 

$ ‐ $ 1.000.000  $ 2.000.000  $ 3.000.000  $ 4.000.000  $ 5.000.000 

Safety Stock

Quality Stock 

Released stock 

Average Total Inventory

2 * normal

normal fluctuation

0,5* normal 

0 * normal

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

107  

Safety Stock [MoS]  2.14 MoS  1.67 MoS  0.46 MoS  4.27 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.11 MoS  2.60 MoS  0.29 MoS  5.00 MoS Average Released Stock [MoS]  2.07 MoS  1.66 MoS  1.38 MoS  5.10 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.17 MoS  4.26 MoS  1.67 MoS  10.10 MoS          65% accuracy  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.94 MoS  1.36 MoS  0.46 MoS  2.75 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.92 MoS  2.11 MoS  0.30 MoS  3.32 MoS Average Released Stock [MoS]  0.90 MoS  1.35 MoS  1.38 MoS  3.63 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.83 MoS  3.46 MoS  1.67 MoS  6.95 MoS                    sigma leadtime 0.5  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    575,005.34    $     729,953.36    $    662,319.68    $ 1,967,278.38 Average Quality Stock [$]   $    508,125.85    $  1,172,272.16    $    155,104.45    $ 1,835,502.46 Average Released Stock [$]   $    566,655.55    $     757,348.93    $ 1,116,838.95    $ 2,440,843.44 Average Total Inventory [$]   $ 1,074,781.40    $  1,929,621.09    $ 1,271,943.40    $ 4,276,345.90          sigma leadtime 0.5  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.36 MoS  1.62 MoS  1.19 MoS  5.17 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.09 MoS  2.60 MoS  0.28 MoS  4.96 MoS Average Released Stock [MoS]  2.33 MoS  1.68 MoS  2.01 MoS  6.02 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.42 MoS  4.27 MoS  2.29 MoS  10.98 MoS          sigma leadtime 0.5  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.03 MoS  1.31 MoS  1.19 MoS  3.54 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.91 MoS  2.11 MoS  0.30 MoS  3.30 MoS Average Released Stock [MoS]  1.02 MoS  1.36 MoS  2.01 MoS  4.39 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.93 MoS  3.47 MoS  2.29 MoS  7.69 MoS                    MRP lead time  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $  483,079.10    $     644,841.40    $     670,822.85    $ 1,798,743.34 Average Quality Stock [$]   $  455,817.87    $  1,117,121.29    $     160,955.94    $ 1,733,895.09 Average Released Stock [$]   $  523,548.27    $     708,591.39    $  1,166,718.64    $ 2,398,858.31 Average Total Inventory [$]   $  979,366.14    $  1,825,712.68    $  1,327,674.58    $ 4,132,753.40          MRP lead time  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.99 MoS  1.43 MoS  1.21 MoS  4.62 MoS Average Quality Stock [MoS]  1.87 MoS  2.47 MoS  0.29 MoS  4.64 MoS Average Released Stock [MoS]  2.15 MoS  1.57 MoS  2.10 MoS  5.82 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.03 MoS  4.04 MoS  2.39 MoS  10.46 MoS 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

108  

         MRP lead time  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.87 MoS  1.16 MoS  1.21 MoS  3.24 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.82 MoS  2.01 MoS  0.30 MoS  3.12 MoS Average Released Stock [MoS]  0.94 MoS  1.27 MoS  2.10 MoS  4.32 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.76 MoS  3.28 MoS  2.39 MoS  7.43 MoS                    0.5 batch rejection  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $    533,731.80    $    799,584.59    $     583,397.52    $ 1,916,713.91 Average Quality Stock [$]   $    498,944.80    $ 1,150,022.71    $     150,438.26    $ 1,799,405.78 Average Released Stock [$]   $    509,598.81    $    811,555.93    $  1,115,075.25    $ 2,436,229.99 Average Total Inventory [$]   $ 1,008,543.62    $ 1,961,578.64    $  1,265,513.52    $ 4,235,635.77          0.5 batch rejection  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.19 MoS  1.77 MoS  1.05 MoS  5.01 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.05 MoS  2.55 MoS  0.27 MoS  4.87 MoS Average Released Stock [MoS]  2.10 MoS  1.80 MoS  2.01 MoS  5.90 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.15 MoS  4.34 MoS  2.28 MoS  10.77 MoS          0.5 batch rejection  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.96 MoS  1.44 MoS  1.05 MoS  3.45 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.90 MoS  2.07 MoS  0.30 MoS  3.24 MoS Average Released Stock [MoS]  0.92 MoS  1.46 MoS  2.01 MoS  4.38 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.81 MoS  3.53 MoS  2.28 MoS  7.62 MoS                   0.5 yield activity fluctuation  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $ 536,776.10    $    747,960.19    $    662,319.68    $ 1,947,055.96 Average Quality Stock [$]   $ 497,313.72    $ 1,175,648.11    $    157,166.83    $ 1,830,128.67 Average Released Stock [$]   $ 497,540.85    $    742,868.99    $ 1,168,335.08    $ 2,408,744.93 Average Total Inventory [$]   $ 994,854.58    $ 1,918,517.10    $ 1,325,501.92    $ 4,238,873.60          0.5 yield activity fluctuation  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.21 MoS  1.66 MoS  1.19 MoS  5.05 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.04 MoS  2.60 MoS  0.28 MoS  4.93 MoS Average Released Stock [MoS]  2.05 MoS  1.65 MoS  2.10 MoS  5.79 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.09 MoS  4.25 MoS  2.38 MoS  10.72 MoS          0.5 yield activity fluctuation  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  0.97 MoS  1.35 MoS  1.19 MoS  3.50 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.89 MoS  2.11 MoS  0.30 MoS  3.29 MoS 

A Multi Echelon Safety Stock Setting Procedure using Simulation: Coping With Supply and Demand Uncertainties in the Animal Health Industry  

109  

Average Released Stock [MoS]  0.89 MoS  1.34 MoS  2.10 MoS  4.33 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.79 MoS  3.45 MoS  2.38 MoS  7.63 MoS                   0.5 test repetition  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [$]   $     563,980.90    $     786,801.99    $     670,822.85    $ 2,021,605.73 Average Quality Stock [$]   $     504,976.02    $  1,150,614.15    $     151,490.19    $ 1,807,080.36 Average Released Stock [$]   $     537,799.25    $      806,525.97    $  1,177,238.13    $ 2,521,563.35 Average Total Inventory [$]   $  1,042,775.27    $  1,957,140.12    $  1,328,728.32    $ 4,328,643.71          0.5 test repetition  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  2.32 MoS  1.74 MoS  1.21 MoS  5.27 MoS Average Quality Stock [MoS]  2.08 MoS  2.55 MoS  0.27 MoS  4.90 MoS Average Released Stock [MoS]  2.21 MoS  1.79 MoS  2.12 MoS  6.12 MoS Average Total Inventory [MoS]  4.29 MoS  4.33 MoS  2.39 MoS  11.01 MoS          0.5 test repetition  Antigen  FPU  FPP  Total Safety Stock [MoS]  1.01 MoS  1.42 MoS  1.21 MoS  3.64 MoS Average Quality Stock [MoS]  0.91 MoS  2.07 MoS  0.30 MoS  3.25 MoS Average Released Stock [MoS]  0.97 MoS  1.45 MoS  2.12 MoS  4.54 MoS Average Total Inventory [MoS]  1.88 MoS  3.52 MoS  2.39 MoS  7.79 MoS